Entropy production in irreversible systems described by a Fokker-Planck equation

We analyze the irreversibility and the entropy production in nonequilibrium interacting particle systems described by a Fokker-Planck equation by the use of a suitable master equation representation. The irreversible character is provided either by nonconservative forces or by the contact with heat baths at distinct temperatures. The expression for the entropy production is deduced from a general definition, which is related to the probability of a trajectory in phase space and its time reversal, that makes no reference a priori to the dissipated power. Our formalism is applied to calculate the heat conductance in a simple system consisting of two Brownian particles each one in contact to a heat reservoir. We show also the connection between the definition of entropy production rate and the Jarzynski equality.

Role of noise in population dynamics cycles

Noise is an intrinsic feature of population dynamics and plays a crucial role in oscillations called phase-forgetting quasicycles by converting damped into sustained oscillations. This function of noise becomes evident when considering Langevin equations whose deterministic part yields only damped oscillations. We formulate here a consistent and systematic approach to population dynamics, leading to a Fokker-Planck equation and the associate Langevin equations in accordance with this conceptual framework, founded on stochastic lattice-gas models that describe spatially structured predator-prey systems. Langevin equations in the population densities and predator-prey pair density are derived in two stages. First, a birth-and-death stochastic process in the space of prey and predator numbers and predator-prey pair number is obtained by a contraction method that reduces the degrees of freedom. Second, a van Kampen expansion in the inverse of system size is then performed to get the Fokker-Planck equation. We also study the time correlation function, the asymptotic behavior of which is used to characterize the transition from the cyclic coexistence of species to the ordinary coexistence.

Sudden onset of log-periodicity and superdiffusion in non-Markovian random walks with amnestically induced persistence: exact results

Random walks can undergo transitions from normal diffusion to anomalous diffusion as some relevant parameter varies, for instance the L,vy index in L,vy flights. Here we derive the Fokker-Planck equation for a two-parameter family of non-Markovian random walks with amnestically induced persistence. We investigate two distinct transitions: one order parameter quantifies log-periodicity and discrete scale invariance in the first moment of the propagator, whereas the second order parameter, known as the Hurst exponent, describes the growth of the second moment. We report numerical and analytical results for six critical exponents, which together completely characterize the properties of the transitions. We find that the critical exponents related to the diffusion-superdiffusion transition are identical in the positive feedback and negative feedback branches of the critical line, even though the former leads to classical superdiffusion whereas the latter gives rise to log-periodic superdiffusion.

Genesis of quantum nonlocality

We revisit the problem of an otherwise classical particle immersed in the zero-point radiation field, with the purpose of tracing the origin of the nonlocality characteristic of Schrodinger`s equation. The Fokker-Planck-type equation in the particles phase-space leads to an infinite hierarchy of equations in configuration space. In the radiationless limit the first two equations decouple from the rest. The first is the continuity equation: the second one, for the particle flux, contains a nonlocal term due to the momentum fluctuations impressed by the field. These equations are shown to lead to Schrodinger`s equation. Nonlocality (obtained here for the one-particle system) appears thus as a property of the description, not of Nature. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Mean Motion in Stochastic Plasmas With a Space-Dependent Diffusion Coefficient

Radial transport in the tokamap, which has been proposed as a simple model for the motion in a stochastic plasma, is investigated. A theory for previous numerical findings is presented. The new results are stimulated by the fact that the radial diffusion coefficients is space-dependent. The space-dependence of the transport coefficient has several interesting effects which have not been elucidated so far. Among the new findings are the analytical predictions for the scaling of the mean radial displacement with time and the relation between the Fokker-Planck diffusion coefficient and the diffusion coefficient from the mean square displacement. The applicability to other systems is also discussed. (c) 2009 WILEY-VCH GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Entropia, reversibilidade, irreversibilidade, equação de transporte e teorema H de Boltzmann e o teorema do retorno de Poincaré

Neste trabalho analisamos as conexões entre entropia, reversibilidade, irreversibilidade, teorema H e equação de transporte de Boltzmann e o teorema de retorno de Poincaré. Estes tópicos são estudados separadamente em muitos artigos e livros, mas não são em geral analisados em conjunto mostrando as relações entre eles como fizemos aqui. Procuramos redigir o artigo didaticamente seguindo um caminho que achamos ser o mais simples possível a fim de tornar o conteúdo acessível aos alunos de graduação de física.

A Equação-Mestra: atingindo o equilíbrio

In the last years, a great interest in nonequilibrium systems has been witnessed. Although the Master Equations are one of the most common methods used to describe these systems, the literature about these equations is not straightforward due to the mathematical framework used in their derivations. The goals of this work are to present the physical concepts behind the Master Equations development and to discuss their basic proprieties via a matrix approach. It is also shown how the Master Equations can be used to model typical nonequilibrium processes like multi-wells chemical reactions and radiation absorption processes.

Shelf-life of a 2.5% sodium hypochlorite solution as determined by arrhenius equation

Accelerated stability tests are indicated to assess, within a short time, the degree of chemical degradation that may affect an active substance, either alone or in a formula, under normal storage conditions. This method is based on increased stress conditions to accelerate the rate of chemical degradation. Based on the equation of the straight line obtained as a function of the reaction order (at 50 and 70 ºC) and using Arrhenius equation, the speed of the reaction was calculated for the temperature of 20 ºC (normal storage conditions). This model of accelerated stability test makes it possible to predict the chemical stability of any active substance at any given moment, as long as the method to quantify the chemical substance is available. As an example of the applicability of Arrhenius equation in accelerated stability tests, a 2.5% sodium hypochlorite solution was analyzed due to its chemical instability. Iodometric titration was used to quantify free residual chlorine in the solutions. Based on data obtained keeping this solution at 50 and 70 ºC, using Arrhenius equation and considering 2.0% of free residual chlorine as the minimum acceptable threshold, the shelf-life was equal to 166 days at 20 ºC. This model, however, makes it possible to calculate shelf-life at any other given temperature.

Adsorption of amyloglucosidase from Aspergillus niger NRRL 3122 using ion exchange resin

Amyloglucosidase enzyme was produced by Aspergillus niger NRRL 3122 from solid-state fermentation, using deffated rice bran as substrate. The effects of process parameters (pH, temperature) in the equilibrium partition coefficient for the system amyloglucosidase - resin DEAE-cellulose were investigated, aiming at obtaining the optimum conditions for a subsequent purification process. The highest partition coefficients were obtained using 0.025M Tris-HCl buffer, pH 8.0 and 25ºC. The conditions that supplied the highest partition coefficient were specified, the isotherm that better described the amyloglucosidase process of adsorption obtained. It was observed that the adsorption could be well described by Langmuir equation and the values of Qm and Kd estimated at 133.0 U mL-1 and 15.4 U mL-1, respectively. From the adjustment of the kinetic curves using the fourth-order Runge-Kutta algorithm, the adsorption (k1) and desorption (k2) constants were obtained through optimization by the least square procedure, and the values calculated were 2.4x10-3 mL U-1 min-1 for k1 and 0.037 min-1 for k2 .

Propriedades mecânicas de peças com dimensões estruturais de Pinus spp: correlação entre resistência à tração e classificação visual

A redução da disponibilidade de espécies de madeiras nativas e seus efeitos na economia, associada ao fortalecimento dos conceitos de preservação ambiental, criou a necessidade de desenvolvimento de alternativas viáveis para utilização racional de espécies de reflorestamento. E uma das opções é a realização de classificação visual das peças. Autores de trabalhos desenvolvidos nessa linha de pesquisa verificaram a adequação das regras de classificação visual do Southern Pine Inspection Bureau (SPIB) dos EUA à madeira de Pinus do Brasil e apresentaram proposta para normalizar o processo de classificação visual dessa madeira. Nessa classificação, os aspectos com maior influência são: presença de nós, desvio de grã em relação ao eixo da peça e densidade de anéis de crescimento. Assim, esta pesquisa apresenta um estudo experimental que consistiu na classificação visual e determinação da resistência à tração de 85 peças de Pinus spp e um estudo teórico, que propôs uma equação para determinar a resistência à tração média de peças estruturais em função da classificação visual. Com este trabalho, foi possível observar a influência dos nós e dos anéis de crescimento sobre a resistência à tração das peças analisadas.

Metabolismo mineral em bubalinos com ingestões de diferentes níveis de fósforo

Objetivou-se avaliar os efeitos da ingestão diária de quatro níveis de fósforo (8, 12, 15 e 18 g) sobre o metabolismo de macrominerais (P, Ca, Mg, Na, K e S), incluindo a ingestão, a concentração no rúmen, a taxa de passagem do líquido ruminal, a excreção nas fezes e a disponibilidade aparente. Utilizaram-se quatro bubalinos adultos com fístulas ruminais em delineamento quadrado latino (4 × 4) com dieta total constituída de cana-de-açúcar como volumoso (85%) e concentrado formulado com um dos níveis de fósforo. Os níveis de fósforo não ocasionaram diferença significativa na concentração mineral no rúmen de nenhum mineral estudado. A concentração média de fósforo no conteúdo ruminal foi de 0,98% na matéria seca, enquanto o teor de fósforo nas rações variou de 0,12 a 0,34%, comprovando alta reciclagem de fósforo pela saliva. Níveis crescentes de fósforo na dieta, variando de 8 a 18 g/animal/dia, não influenciam as disponibilidades de cálcio e magnésio. Com o nível de fósforo de 15 g/dia, houve melhor utilização do fósforo da dieta. A ingestão de níveis crescentes de fósforo em g/kg0,75 (X) promoveu aumento linear na excreção fecal desse mineral em g/kg0,75 (Y) e baixos valores de disponibilidade do fósforo, que pode ser estimado pela equação Y = 0,03 + 0,610X, o que indica deficiência desse elemento mineral na dieta para o metabolismo animal.

Análise de um ciclone semi-estacionário na costa sul do Brasil associado a bloqueio atmosférico

Na primeira semana de maio de 2008, durante quatro dias, um ciclone em superfície permaneceu semi-estacionário na costa da região sul do Brasil. Este sistema foi responsável por chuvas e ventos fortes no Rio Grande do Sul e Santa Catarina, os quais causaram muitos danos (queda de árvores, enchentes e desabamentos). O objetivo deste trabalho é avaliar o processo de formação e entender os mecanismos responsáveis pelo lento deslocamento do ciclone, já que a maioria dos ciclones nesta região possui deslocamento mais rápido. A equação de desenvolvimento de Sutcliffe mostrou que a advecção de vorticidade absoluta ciclônica na média troposfera e a advecção de ar quente na camada entre 1000-500 hPa foram mecanismos importantes para a ciclogênese. Neste período, o intenso aquecimento diabático também contribuiu para a ciclogênese, à medida que se contrapôs ao intenso resfriamento adiabático devido aos movimentos verticais ascendentes. A advecção de vorticidade absoluta ciclônica que favoreceu a ciclogênese esteve associada a um Vórtice Ciclônico em Altos Níveis (VCAN), que se formou numa região de anomalia de vorticidade potencial. O VCAN se manteve semi-estacionário e compôs o setor norte de um bloqueio do tipo dipolo. Tal bloqueio intensificou um anticiclone em superfície, situado a sul/leste do ciclone, o que contribuiu para o ciclone se manter semi-estacionário. O movimento atípico e lento do ciclone para sul, e em alguns períodos para sudoeste, esteve associado com advecções de vorticidade absoluta ciclônica na média troposfera e de ar quente no seu setor sul. Somente quando o bloqueio em níveis médios e a anomalia de vorticidade potencial em níveis médios/altos se enfraqueceram, o ciclone em superfície se afastou da costa sul do Brasil.

Modelos preditores da fitomassa aérea da Floresta Baixa de Restinga

Este estudo teve como objetivo desenvolver modelos preditores de fitomassa epigéa da vegetação arbórea da Floresta Baixa de Restinga. Foram selecionadas 102 árvores de 29 espécies ocorrentes na área de estudo e 102 indivíduos de jerivá (Syagrus romanzoffiana (Cham.) Glassman), distribuídos proporcionalmente entre as classes de diâmetro da vegetação arbórea. As árvores foram cortadas, ao nível do solo e foram medidos a altura total e o diâmetro à altura do peito (DAP) de cada árvore. As folhas foram separadas do lenho e a massa fresca da porção lenhosa e foliar medidas separadamente. Amostras de cada fração foram secas a 70 °C, até peso constante, para determinação da massa seca das árvores. Os modelos foram desenvolvidos através de análise de regressão linear, sendo a variável dependente a massa seca (MS) das árvores e as variáveis independentes a altura (h), o diâmetro a altura do peito (d) e as relações d² h e d² h multiplicada pela densidade da madeira (ρ d² h). Os modelos desenvolvidos indicam que o diâmetro explica grande parte da variabilidade da fitomassa das árvores da restinga e a altura é a variável explanatória da equação específica para o jerivá. Os modelos selecionados foram: ln MS (kg) = -1,352 + 2,009 ln d (R² = 0,96; s yx = 0,34) para a comunidade vegetal sem jerivá, ln MS (kg) = -2,052 + 0,801 ln d² h (R² = 0,94; s yx = 0,38) para a comunidade incluindo o jerivá, e ln MS (kg) = -0,884 + 2,40 ln h (R² = 0,92; s yx = 0,49) para o jerivá.

Ressonância não linear de uma bússola em campos magnéticos

Fenômenos oscilatórios e ressonantes são explorados em vários cursos experimentais de física. Em geral os experimentos são interpretados no limite de pequenas oscilações e campos uniformes. Neste artigo descrevemos um experimento de baixo custo para o estudo da ressonância em campo magnético da agulha de uma bússola fora dos limites acima. Nesse caso, termos não lineares na equação diferencial são responsáveis por fenômenos interessantes de serem explorados em laboratórios didáticos.

Tori embedded in S³ with dense asymptotic lines

In this paper are given examples of tori T² embedded in S³ with all their asymptotic lines dense.