Estudo do efeito magnetocalórico em sistemas magnéticos com terras raras

O efeito magnetocalórico, base da refrigeração magnética, é caracterizado por duas quantidades: a variação isotérmica da entropia (ΔST) e a variação adiabática da temperatura (ΔTS); que são obtidas sob variações na intensidade de um campo magnético aplicado. Em sistemas que apresentam anisotropia magnética, pode‐se definir o efeito magnetocalórico anisotrópico, o qual, por definição, é calculado sob variações na direção de aplicação de um campo magnético cuja intensidade mantém‐se fixa, e é caracterizado por duas quantidades: a variação anisotrópico‐isotérmica da entropia (ΔSan) e a variação anisotrópico‐adiabática da temperatura (ΔTan). O efeito magnetocalórico e o efeito magnetocalórico anisotrópico foram estudados nos compostos intermetálicos formados por terras e outros materiais não magnéticos: RNi2, RNi5, RZn e Gd1‐nPrnAl2. Os cálculos foram feitos partindo de hamiltonianos modelo que incluem as interações de troca, Zeeman, de campo cristalino e quadrupolar.

Mapeamento geológico em áreas graníticas intemperizadas em regiões montanhosas tropicais: o granito Conselheiro Paulino (Faixa Ribeira)

Neste trabalho foram integrados o mapeamento geológico de campo, os dados regionais aerogeofísicos e as imagens orbitais de alta resolução (1 m) para fornecer um mapa geológico detalhado do Pluton granítico Conselheiro Paulino, na Faixa Ribeira, Brasil. A área estudada possui poucos afloramentos e outras questões que dificultam o mapeamento geológico tradicional. Escorregamentos de terra são comuns na porção mais intemperizada do granito. A utilização de imagens orbitais de alta resolução permitiu a identificação dos poucos afloramentos existentes, além de outros elementos, como ravinas, planícies aluviais, eluviões, vegetação e estradas. Isso foi importante para orientar e otimizar as pesquisas de campo. A disponibilidade de dados aerogeofísicos magnéticos e radiométricos corroboraram nos trabalhos de campo e na petrografia do Pluton granítico Conselheiro Paulino. O pluton pode ser dividido em duas facies distintas, sendo uma de composição microgranítica e outra de composição microgranodiorítica

Produção de oscillons durante restaurações e quebras espontâneas de simetrias

Na natureza há vários fenômenos envolvendo transições de fase com quebra ou restauração de simetrias. Tipicamente, mudanças de fase, são associadas com uma quebra ou restauração de simetria, que acontecem quando um determinado parâmetro de controle é variado, como por exemplo temperatura, densidade, campos externos, ou de forma dinâmica. Essas mudanças que os sistemas sofrem podem levar a formação de defeitos topológicos, tais como paredes de domínios, vórtices ou monopolos magnéticos. Nesse trabalho estudamos particularmente mudanças de fase associadas com quebras ou restaurações dinâmicas de simetria que estão associadas com formação ou destruição de defeitos do tipo paredes de domínio em modelos de campos escalares com simetria discreta. Nesses processos dinâmicos com formação ou destruição de domínios, estudamos a possibilidade de formação de estruturas do tipo oscillons, que são soluções não homogêneas e instáveis de campo, mas que podem concentrar nelas uma quantidade apreciável de energia e terem uma vida (duração) suficientemente grande para serem de importância física. Estudamos a possibilidade de formação dessas soluções em modelos de dois campos escalares interagentes em que o sistema é preparado em diferentes situações, com a dinâmica resultante nesses sistemas estudada numa rede discreta.

Estudo da margem continental ibérica ocidental com base em dados gravimétricos e magnetométricos regionais

Os métodos potenciais são conhecidos como uma ferramenta útil para estudos regionais. Na Ibéria Ocidental, a gravimetria e a magnetometria podem ser utilizadas para auxiliar no entendimento de algumas questões sobre a estruturação tectônica offshore. Nesta região, tanto as estruturas geradas pela quebra continental, quanto às herdadas do embasamento variscano, tem uma importante contribuição para a resposta geofísica regional observada com estes métodos. Este trabalho tem como objetivo correlacionar as feições geofísicas observadas com alguns modelos geológicos do arcabouço tectônico da Ibéria Ocidental já publicados na literatura. Mapas filtrados foram usados para auxiliar no reconhecimento de diferentes assinaturas geofísicas, os quais foram calculados a partir dos mapas de gravidade Bouguer e do campo magnético total tais como o gradiente horizontal total, derivada tilt, derivada vertical, e integral vertical. O domínio crustal continental foi definido a partir da interpretação dos dados gravimétricos, utilizando gradiente de gravidade horizontal total da Anomalia Bouguer. Os dados magnéticos, originais e filtrados, foram utilizados para identificar mais três domínios regionais offshore, que sugerem a existência de três tipos de crosta não-siálica. Dois deles são propostos como domínios de transição. A região da crosta de transição mais próxima do continente tem uma fraca resposta regional magnética, e a porção mais distal é um domínio de anomalia de alta amplitude, semelhante à resposta magnética oceânica. O limite crustal oceânico não pôde ser confirmado, mas um terceiro domínio offshore, a oeste da isócrona C34, poderia ser considerado como crosta oceânica, devido ao padrão magnético que apresenta. Alguns lineamentos do embasamento foram indicados na crosta continental offshore. As feições gravimétricas e magnéticas interpretadas coincidem, em termos de direção e posição, com zonas de sutura variscanas, mapeados em terra. Assim, esses contatos podem corresponder à continuação offshore destas feições paleozoicas, como o contato entre as zonas de Ossa Morena-Zona Centro-Ibérica. Nesta interpretação, sugere-se que a crosta continental offshore pode ser composta por unidades do Sudoeste da Península Ibérica. Isto permite considerar que a Falha de Porto-Tomar pertence a uma faixa de deformação strike-slip, onde parte das bacias mesozoicas da margem continental está localizada.

Influência da reorientação de spin nas propriedades termomagnéticas dos compostos da série Ho1-yGdyAl2

Neste trabalho foram estudadas as propriedades estruturais e termomagnéticas dos pseudobinários Ho1-yGdyAl2, através de abordagens experimentais e teóricas. A parte experimental envolveu a preparação de cinco amostras, com as concentrações y = 0, 0,25, 0,5, 0,75 e 1, assim como medidas de magnetização, calor especifico e da variação adiabática da temperatura. Na parte teórica usamos um hamiltoniano modelo que leva em consideração a interação dos íons com o campo magnético aplicado, com o campo elétrico cristalino e a troca entre os íons magnéticos. A entropia da rede foi considerada na aproximação de Debye e a entropia eletrônica na aproximação do gás de elétrons livres. A influência das reorientações de spin, espontâneas e induzidas pelo campo magnético, na magnetização e no calor especifico foram investigadas sistematicamente tanto a partir de dados experimentais quanto teoricamente. Também obtemos resultados teóricos para a variação de entropia e variação adiabática da temperatura alterando a intensidade ou a direção do campo magnético.

Efeitos magnetocalórico e barocalórico em compostos com transição de fase de primeira ordem

Nesta tese discutimos sistematicamente os efeitos magnetocalórico e barocalórico em sistemas físicos com transição de fase magnética de primeira e de segunda ordem em sistemas físicos cujo magnetismo tem carater local. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de momentos magnéticos locais interagentes, incluindo um termo de acoplamento magnetoelástico. Nossos cálculos mostram que a relação entre a interação de troca e o acoplamento magnetoelástico é responsável pela ordem da transição de fase e pelo aparecimento da histerese térmica e magnética. Os resultados mostram que as grandezas magnetocalóricas exibem grandes valores quando o sistema sofre uma transição de fase de primeira ordem. Além disso, quando existe uma histerese visível as grandezas magnetocalóricas dependem do processo de aquecimento e resfriamento do sistema. Ainda de acordo com nossos resultados, existe um efeito barocalórico normal (sistema aquece sob aumento de pressão) quando a pressão aplicada aumenta a temperatura de ordenamento magnético sem alterar a ordem da transição de fase magnética. O efeito barocalórico inverso (sistema resfria sob aumento de pressão) ocorre quando a pressão aplicada diminui a temperatura crítica sem mudar a ordem da transição de fase. Nossos cálculos mostram, ainda, que um efeito barocalórico anômalo (mudança de sinal nas grandezas barocalóricas) ocorre em casos especiais onde a pressão aplicada muda a natureza da transição de fase magnética do primeira para segunda ordem e vice-versa.

Efeito da anisotropia sobre as propriedades magnetocalóricas de compostos metálicos: um estudo sistemático

O efeito magnetocalórico, i.e., o aquecimento e/ou resfriamento de um material magnético sob variação do campo magnético aplicado é a base da refrigeração magnética.O efeito magnetocalórico é caracterizado pela variação da entropia em um processo isotérmico (O efeito magnetocalórico, i.e., o aquecimento e/ou resfriamento de um material magnético sob variação do campo magnético aplicado é a base da refrigeração magnética. O efeito magnetocalórico é caracterizado pela variação da entropia em um processo isotérmico (ΔSiso) e pela variação da temperatura em um processo adiabático ΔTad.Apesar dos inúmeros trabalhos experimentais e teóricos publicados nessa área, muitos aspectos desse efeito ainda não são bem compreendidos.Nesse trabalho discutimos os efeitos da anisotropia sobre as propriedades magnetocalóricas de um sistema de momentos magnéticos localizados. Para essa finalidade, utilizamos um modelo de spins interagentes com um termo de anisotropia uniaxial do tipo DS2 z , onde D é um parâmetro. Nesse modelo, em que o eixo z é a direção de fácil magnetização, a magnitude do parâmetro de anisotropia e a direção do campo magnético aplicado têm um papel fundamental no comportamento das grandezas magnetocalóricas ΔSiso e ΔTad. Realizamos um estudo sistemático para um sistema com J = 1 aplicando o campo magnético em diferentes direções. Os resultados mostram que, quando o campo magnético é aplicado ao longo da direção z, as grandezas magnetocalóricas apresentam o comportamento normal (valores positivos de ΔTad e valores negativos de ΔSiso para ΔB > 0). Quando o campo magnético é aplicado em uma direção diferente do eixo z, as grandezas magnetocalóricas podem apresentar o comportamento inverso (valores negativos de ΔTad e valores positivos de ΔSiso para ΔB > 0) ou o comportamento anômalo (troca de sinal nas curvas de ΔTad e ΔSiso). Resultados equivalentes também foram obtidos para um sistema com J = 7=2.

Arcabouço tectônico do Gráben de Barra de São João, Bacia de Campos Brasil

O Gráben de Barra de São João, situado na região de águas rasas da Bacia de Campos, é parte integrante do Sistema de Riftes do Cenozóico, localizado na região sudeste do Brasil. Este sistema foi formado em um evento que resultou na reativação das principais zonas de cisalhamento do Pré-Cambriano do sudeste do Brasil no Paleoceno. Neste trabalho proponho um novo arcabouço estrutural para o Gráben de Barra de São João baseado na interpretação de dados gravimétricos. Dados magnéticos aéreos, dados gravimétricos, uma linha sísmica 2D e um perfil de densidades de um poço foram utilizados como vínculos na interpretação. Para a estimativa do topo do embasamento foi necessário separar o efeito das fontes profundas no dado gravimétrico (anomalia residual). Com isso, foi realizada uma modelagem 2D direta baseada na interpretação sísmica para estimar as densidades das entidades geológicas da área em questão. Após esta modelagem, foi realizada uma inversão estrutural 3D do dado gravimétrico residual a fim de recuperar a profundidade do topo do embasamento. Este fluxograma de interpretação permitiu a identificação de um complexo arcabouço estrutural com três sistemas de falhas bem definido: Falhas normais de orientação NE-SW, e um sistema de falhas transcorrentes NW-SE e E-W. Estas orientações dividem o gráben em diversos altos e baixos internos. O dado magnético aéreo corrobora esta interpretação. A existência de rochas ultra-densas e fortemente magnéticas no embasamento foram interpretadas como um ofiolito que foi provavelmente intrudido (por obducção) na época do fechamento de um oceano no Proterozóico.

Síntese e avaliação de hidrogéis à base de alginato e nanopartículas magnéticas preparadas in situ para remoção de Mn(II) e Ni(II) de efluente industrial

Esta Dissertação teve como objetivo,a síntese de hidrogéis à base de alginato e nanopartículas magnéticas (maghemita) preparadas in situ. Os hidrogéis foram preparados em diferentes concentrações de alginato de sódio (2 e 3% m/v), FeSO4 (0,3 e 0,5 mol L-1) e CaCl2 (0,1 e 0,3 mol L-1). As propriedades físico-químicas dos hidrogéis foram analisadas e, posteriormente, foram avaliados quanto à capacidade de remoção de íons Ni2+ e Mn2+ de soluções aquosas. Para caracterização das amostras foram utilizadas diversas técnicas de análises, tais como, análise granulométrica, microscopia óptica (OM), microscopia eletrônica de varredura (SEM), microscopia eletrônica de transmissão (TEM), magnetometria de amostra vibrante (VSM), espectroscopia na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), difratometria de raios-X (XRD), espectroscopia Mössbauer, e análise termogravimétrica (TGA). Foram preparados hidrogéis com morfologia predominantemente esférica e dimensões micrométricas (500 a 850 m), com átomos de Fe e Ca dispersos uniformemente em sua estrutura. Os hidrogéis apresentaram boa resistência térmica e comportamento superparamagnético. As amostras foram intumescidas em água deionizada durante um intervalo de tempo a fim de avaliar o grau de intumescimento (Q) para determinar a amostra com a melhor resposta para posterior aplicação em solução aquosa contendo íons metálicos (Ni2+ e Mn2+). Os resultados revelaram que a amostra cuja concentração de 3% m/v de alginato de sódio, 0,3 mol L-1 de FeSO4 e 0,3 mol L-1 de CaCl2 obteve maior Q (50%). Em consequência deste resultado, optou-se por utilizar estaamostra, na remoção de metais pesados presentes em soluções aquosas e em efluentes industriais. Vários parâmetros,tais como: tempo de contato,pH, concentração inicial do íon e massa de hidrogel foram estudados.Os resultados, para efluente sintético, revelaram que o tempo de equilíbrio foi de 60 minutos; a capacidade de remoção dos metais melhora com o aumento de pH (3 a 9), sendo máxima em pH 7;quanto menor a concentração inicial da solução iônica (50 a 500 mg L-1), maior a capacidade de remoção, 52% de Ni2+ e 49% de Mn2+ (concentração inicial de 50 mg L-1). No efluente industrial, a remoção foi de 61% de Ni2+ e 57% de Mn2+(300 mg de hidrogel). Os resultados encontrados revelaram que os hidrogéis magnéticos produzidos à base de alginato têm potencial uso no tratamento de efluentes industriais contaminados com metais pesados

Emissividade de neutrinos pelo processo Urca direto na presença de um campo magnético

As estrelas de nêutrons nascem com altas temperaturas (~ 1011 K) e durante alguns segundos sofrem um rápido resfriamento por emissão de neutrinos. O processo Urca direto é o principal mecanismo para explicar essa perda de energia. O problema do resfriamento das estrelas de nêutrons é um problema de grande interesse porque seu entendimento pode fornecer informações importantes sobre a constituição do interior da estrela. Na literatura existente até o momento, a emissividade de neutrinos é calculada considerando os núcleons como partículas não relativísticas quando considerados todos os níveis de Landau das partículas carregadas. Por outro lado, a emissividade de neutrinos para núcleons relativísticos é calculada considerando somente o primeiro nível de Landau (para campo magnético forte). Para campos magnéticos fracos, onde mais de um nível de Landau é ocupado, é usada a emissividade correspondente à do campo nulo. Neste trabalho aplicamos a teoria de Weinberg-Salan para interações fracas no cálculo da emissividade de neutrinos com e sem campo magnético presente, num cálculo totalmente relativístico para os núcleons e considerando todos os níveis de Landau. Esta é a contribuição original do trabalho. Para descrever a matéria a altas densidades, utilizamos uma teoria relativística de campo médio a temperatura zero que inclui apenas o octeto bariônico e os léptons mais leves. São apresentados os resultados para a emissividade de neutrinos, onde é evidente a ocupação dos diferentes níveis de Landau como função do campo magnético.