Dissertations / Theses on the topic 'Electromagnetismo'

The interaction of electrons with matter has been a subject of intense work since the beginning of the century. Although we know that the interaction is purely electromagnetic, its theoretical description is complicated by two different reasons. On the one hand, the number of particles that participate in the interaction may be very large. Even when the target is a single hydrogen atom, the collision is a three body problem for which only approximate solutions of the wave equation are known. Therefore, the interaction can only be treated by using approximate many-body methods. In particular, scattering of fast electrons by single atoms can be reasonably well understood on the basis of independent particle models. On the other hand, when the medium where the projectile moves extends over a. large volume, the projectile may interact repeatedly with the medium. The proper tools to deal with problems involving electron penetration in matter are multiple scattering theories and/or Monte Carlo simulation. The aim of this thesis is to provide a consistent basis for the development of Monte Carlo simulation algorithms which are more accurate than the ones presently available. In fact, a high-energy simulation code based on relevant parts of this thesis is already operable; and a program to simulate electron transport at intermediate and low energies (below about 100 keV) is currently being developed from the theory presented in this work. The reliability of the simulation results obtained with these codes will offer the ultimate demonstration of the correctness and effectiveness of the approaches described here. The thesis is structured in four chapters. Chapter 1 is devoted to the evaluation of reliable single elastic scattering cross sections for high energies. Multiple elastic scattering is considered in detail in chapter 2. Chapter 3 is devoted o the inelastic scattering of low-energy electrons in solids. In chapter4 we consider the energy loss of high-energy electrons and positrons in matter.

La mejora en términos de e¿ciencia en problemas de análisis de dispositivos pasivos de microondas y la dispersión de objetos es un tema de creciente interés. Pese a que el avance de la tecnología de computadores permite la ejecución de programas muy complejos, la e¿ciencia computacional sigue siendo importante debido a la tendencia de aumentar la frecuencia de trabajo en los citados problemas electromagné- ticos. En esta tesis se recogen una serie de herramientas para la mejora de la e¿ciencia de técnicas de análisis electromagnético en espacio abierto y cerrado mediante una recopilación de artículos indexados en prensa cientí¿ca, que se presentan de forma razonada. En primer lugar se aplica la transformada Wavelet en al análisis de dispersores cilíndricos mediante la técnica de la Ecuación Integral. Posteriormente se introducen distintas técnicas de discretización, así como rutinas de solución de problemas de autovalores y autovectores adaptadas a la estructura matricial y al procesado en paralelo en el entorno del análisis de dispositivos cerrados. En concreto, dichas técnicas se han aplicado al método denominado Boundary Integral Resonant Mode Expansion (BI-RME) en el dominio bidimensional. Este método realiza una expansión modal de una guía de ondas arbitraria en función de los modos correspondientes a una guía canónica de referencia. Finalmente se han introducido mejoras en la técnica BI-RME aplicada en entornos tridimensionales para el análisis de cavidades con geometría arbitraria. El objetivo en todos los casos consiste en obtener una mejora del tiempo de cálculo y en la memoria requerida, sin perder precisión en gran medida. Todo este trabajo se ha integrado en un software comercial existente, que se emplea actualmente en el diseño y la caracterización de dispositivos pasivos de microondas utilizados en aplicaciones espaciales.
Vidal Pantaleoni, A. (2013). Técnicas secuenciales y paralelas para la resolución de problemas computacionales en electromagnetismo [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30776
TESIS

“Sem resumo feito pelo autor” - Partindo do facto de que tanto a Hidrodinâmica como o Electromagnetismo são expressos em termos de Análise Vectorial foi possível, através da analogia existente entre as fórmulas de webber da aceleração e da força de Lorentz-Heaveside, exprimir, em função de grandezas mecânicas, os campos E e B e partir daí para a expressão das Equações de Maxwell em termos dessas grandezas. Estas, foram assim reduzidas às equações do movimento de um meio físico (fluido) particular, o meio subquântico, que se supõe preencher totalmente o vazio. Supondo que E e B são grandezas proporcionais aos campos vectoriais dinâmicos E(ω,u) e B(ω,u), cujo significado é puramente mecânico (ω é o vector turbilhão e u a velocidade do meio contínuo designado por meio subquântico), o Teorema de Ampère do Electromagnetismo permite determinar a constante de proporcionalidade k 1 das relações E= k 1 E e B= k 1 B. A aplicação das relações anteriores à interpretação da Lei de Biot-Savart conduziu à conclusão de que deve ter-se k1 = 1/2 e que a indução magnética é igual ao simétrico do vector turbilhão movimento do meio subquântico, B = -ω , tendo-se inferido ser o campo electromagnético um movimento desse meio. Partindo-se da analogia existente entre a força de interacção de correntes eléctricas rectilíneas, indefinidas, paralelas e a existente entre linhas de vórtices, foi possível determinar formalmente a densidade de massa do meio subquântico. Dado que alguns físicos admitem em Cosmologia a existência de fenómenos não lineares no vácuo, pôde obter-se uma generalização não linear das equações de D'Alembert a que satisfazem os potencias dos campos E e B. Ficámos aqui limitados pela escassez de textos existentes sobre uma abordagem macroscópica da Electrodinâmica não linear do vácuo. Obtivémos também uma interpretação hidrodinâmica da força electromotriz de um gerador de corrente constante ou alternada, e mostrou-se que um gerador de corrente electrica , corresponde a um ponto crítico do potencial complexo do campo electrico que origina a corrente. Reforçou-se, assim, a verosimilhança de ser o vazio um meio material análogo a um fluido, embora com propriedades específicas em relação aos meios fluidos usuais tratados em Mecânica dos Fluidos ,dos quais temos conhecimento sensível e directo. Admitindo a possibilidade de poderem propagar-se no vácuo ondas electromagnéticas satisfazendo a equações de onda não lineares, hipótese que parece consistente com a possibilidade de ser o vácuo um meio não linear, determinaram-se, sem necessidade de modificar as Equações de Maxwell , equações não lineares que generalizam as de D'Alembert . Paralelamente mostrou-se parecer possivel , usando , o que não completamente necessário, funções de variável complexa, verificar que a existência de um gerador de corrente eléctrica intercalado num circuito implica a existência de um ponto de ramificação do potencial complexo do campo eléctrico, e obter uma interpretação hidrodinâmica da força electromotriz. Justificámos também o facto de os pontos críticos dos sistemas dinâmicos lineares associados á velocidade do fluido, cuja teoria nos parece dever conduzir a valores nulos do campo de velocidade (singularidades de um sistema dinâmico) serem de facto pontos onde a velocidade do fluido é infinita ou não nula, como de resto impõe a sua natureza física, e que são pontos críticos dos potenciais complexos do campo de velocidade, no sentido em que se definem os pontos críticos de uma função de variável complexa.

The interaction between magnetic nanoparticles and high frequencies, such as microwaves or terahertz waves, is one of the most active field of research, with interesting applications in the screening of electromagnetic waves in electronic circuits, or medical applications such as the magnetic hyperthermia, or contrast in Nuclear Magnetic Imaging. Finite size effects are important in this field because they modify the basic properties of magnetic nanoparticles, for example, the blocking and the Curie temperature. In this thesis is shown new phenomena on nanomagnetism such as the colossal reduction of the Curie temperature in CoFe2O4 nanoparticles, the interaction between magnetic nanoparticles with microwave waves, the magnetic behavior of gold nanoparticles modified by different capping molecules, and new technological applications using terahertz radiation, such as the characterization of the drug diffusion into artificial membranes and human skin. In the colossal reduction of the Curie temperature in CoFe2O4 nanoparticles due to size effects, it was observed a distortion in the crystallographic structure for these ferrite nanoparticles with mean diameter below 3 nm, and thus, the exchange interaction among the atoms that form the nanoparticles also varies. Consequently, the Curie temperature, which is round 700 K for bulk CoFe2O4, reduces until 10 K for nanoparticles with a size below 3 nm. That reduction was observed measuring the stable and metastable curves ZFC-FC, the isothermal magnetization in the temperature range between 2 and 300 K, and the ac-magnetic susceptibility in the frequency range belong 1 Hz to 1kHz. Furthermore, the magnetic relaxation curves at zero field showed a blocking temperature in the proximity of the reduced Curie temperature, it being the first time where the blocking temperature and the Curie temperature for a system of magnetic nanoparticles have a similar value. All these properties can be studied measuring the microwave absorption of the magnetic nanoparticles, between 1 and 20 GHz. Using this experimental technique, the basic properties and the magnetization dynamics of magnetic nanoparticles is characterized in a fast way, and in addition, it open new technological applications in electronics and medicine. The surface modification as well as the magnetic properties of gold nanoparticles, using different capping molecules, have also been studied during this thesis. The type of bond at the surface of the nanoparticle stablished by the capping molecule generates a ferromagnetic shell that envelopes a diamagnetic core. This effect is due to the localization of surface charges in the proximity of the bond surface atom. In addition, it turns out that finire size effects in the gold nanoparticle affects to the size of the ferromagnetic domains, and hence, it is a crucial parameter that valance the interaction between the diamagnetic core and the ferromagnetic shell. Finally, in this work it is exposed new technological applications performed by terahertz radiation, which is compressed between 0.3 and 3THz, for example in the study of layered materials, the creation of terahertz tagging using resonance phenomenon at these frequencies, the detection of biomolecules by their characteristic resonances, and the study of the dffusion of topic drugs into artificial membranes and abdominal human skin. The principle advantages that represent terahertz waves in front of other radiations are that they are non-ionizating, non-invasive, contactless and their spatial resolution. As principal application, it is presented how the permeation process of topic drugs can be studied by terahertz waves.This work was performed studying the time ight of the T-ray between the emitter/receptor and the drop that contains the topic formulation, previously pipetted onto an artificial membrane or human skin. Using this technique was possible to obtain a rate of mass transfer of the topic drug that fully characterized the permeation process. This technique can complement other currently techniques such as skin striping but it carry out by a non-invasive and contactless method.
La interacción de nanopartículas magnéticas con radiación de microondas y sus aplicaciones en campos como la electrónica, la farmacia y la medicina son actualmente un campo de gran interés científico y tecnológico. En esta área son de gran importancia los efectos de tamaño de las nanopartículas magnéticas ya que modifican propiedades como la temperatura de bloqueo o de Curie ya que determinan su interacción con altas frecuencias. En esta tesis se muestran nuevos fenómenos como la reducción colosal de la temperatura de Curie en nanopartículas de CoFe2O4 debida a efectos de tamaño en nanopartículas menores de 3 nm (capitulo 1). Para estos tamaños se detectó una distorsión en la estructura cristalina modificando la interacción de intercambio entre los átomos que forman dichas nanopartículas. En consecuencia la temperatura de Curie, de 700 K para sustancia pura, se reduce hasta 10 K, siendo el primer sistema donde se observan una temperatura de bloqueo y de Curie similares entre ellas. Todas estas propiedades pueden ser estudiadas mediante la absorción de microondas que presentan las nanopartículas magnéticas (capitulo 2). De esta manera la caracterización de los perfiles de absorción entre 1 y 20 GHz, proporcionan de una manera rápida las propiedades básicas de dichos sistemas y su dinámica magnética, así como la posibilidad de nuevas aplicaciones tecnológicas en electrónica y medicina. Los efectos de tamaño también pueden ser combinados con la modificación superficial de nanopartículas de oro mediante la unión de diferentes moléculas a la superficie de las nanopartículas (capitulo 3); también investigadas en esta tesis. La aparición de una señal magnética en estos sistemas es debida a la interacción de la molécula enlazada con la superficie de la nanopartícula. Por último en este trabajo se exponen las diferentes aplicaciones de la radiación de teraherzio (capitulo 4), comprendida entre 0.3 y 3 THz, en ciencias de materiales, biolog_á y farmacia. El principal interés que presenta esta radiación reside en que es una radiación no invasiva, no ionizante, y no destructiva. Como aplicación principal se estudió la permeación de medicamentos de uso tópico a través de membranas artificiales y piel. Para este caso se estudió las variaciones dimensionales de la capa que contiene la formulación tópica sobre las membranas artificiales y la piel. De esta manera, se pudo obtener la transferencia de masa de la formulación a la membrana y se pudo caracterizar el proceso de permeación. Esta técnica representa un método no invasivo y limpio frente a otras técnicas actuales como el skin stripping.

El proyecto Perú-Magneto se desarrolla en el Instituto de Radioastronomía (INRAS) de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Este proyecto estudia pulsaciones electromagnéticas de la tierra sólida local con el fin de entender mejor la relación entre los aspectos físicos del tectonismo terrestre y fenómenos electromagnéticos asociados y llegar a un método fiable para predecir sismos. Para esto, utiliza sensores llamados magnetómetros los cuales están ubicados en 10 estaciones distribuidas en los departamentos de Lima, Ica y Tacna. El presente trabajo de tesis presenta el diseño y desarrollo de Módulo de Monitoreo de los magnetómetros del proyecto Perú-Magneto. Este contará con un software central ubicado en el INRAS el cual permitirá visualizar, para cada estación, los niveles de tensión en la batería y paneles solares, la conexión a internet de las estaciones de la red y los datos disponibles en el INRAS para su posterior procesamiento. Estos dos últimos parámetros serán almacenados en bases de datos que serán actualizadas automáticamente, en el caso de la conexión a internet cada 30 minutos, y para los datos disponibles en el INRAS diariamente. El Módulo de Monitoreo incluye también un Sistema de Reinicio Remoto que será diseñado para ser instalado en cada estación. El sistema trabaja mediante mensajes de texto (SMS) que son enviados desde el software central en el INRAS y permiten reiniciar la conexión a internet de la estación o efectuar un reinicio total de los sistemas de la estación. Además, el sistema permitirá conocer la tensión en la batería y paneles solares de la estación en donde se encuentre instalado. Se realizarán pruebas para el Sistema de Reinicio Remoto en un ambiente que replique lo mejor posible las condiciones en las que operará para poder verificar su confiabilidad y autonomía.
Tesis

Pattern synthesis of linear aperture antennas is a classical problem in Applied Electromagnetics with a great number of resolving methods. In this paper, a new algorithm that uses wavelets to compute the solution is presented. The new method reaches a good approximation of the aperture field from the antenna radiation pattern, using the Haar wavelet basis. Results prove the performance of the proposed method.

Entre los varios métodos que existen para obtener los parámetros ópticos de películas delgadas, un grupo se centra en el uso de medidas espectrales de reflectancia y transmitancia óptica y otros en el uso de medidas de transmitancia óptica únicamente. En el presente trabajo se desarrolla un método para obtener las constantes ópticas de películas delgadas empleando un estimador global insesgado sin usar modelos de dispersión. Para ello son necesarias medidas adicionales con el fin de incrementar la redundancia. En este caso se mide transmitancia óptica con ángulo de incidencia oblicua variable empleando luz polarizada en películas delgadas de óxido de indio dopado con estaño y terbio. Para emplear la función error total necesitamos un modelo del sistema óptico el cual describe la transmitancia total con un ángulo de incidencia para una película delgada. Para esto se aplica el método de matriz de transferencia para describir el espectro de transmitancia experimental. La base de este método es la evolución del campo electromagnético atreves de una pila de capas. Esta evolución describe dos tipos de interacciones por capa. La primera interacción es la luz interactuando con la interface de dos medios diferentes y esta información se describe mediante una matriz 2x2, los elementos de está matriz dependen de los coeficientes de Fresnel de transmisión y reflexión. La segunda interacción es la penetración de la onda electromagnética en el volumen de la capa y esta información se describe mediante una matriz de 2x2, los elementos de la matriz dependen de la fase y la amortiguación de la amplitud de la onda electromagnética. Cada capa contiene una información que se representa por medio de una matriz 2x2. El espectro de La transmitancia y reflectancia de una pila de capa se representa por el producto ordenado de las matrices que describen los efectos individuales de las fronteras y las de propagación dentro de cada capa. Para obtener el espesor "d", índice de refracción n(λi) y el coeficiente de extinción k(λi) se emplea el método de optimización. El método de optimización consiste en minimizar la función error y obtener las constantes ópticas bajo ciertas restricciones. Para un valor "d ", el índicie de refracción complejo n(λi) + ik(λi) se calcula minimizando la función error en cada longitud de onda. La función error depende de la medida experimental y del modelo teórico para cada longitud de onda. Si aumentamos en la función error la cantidad de medidas independientes en cada longitud de onda y se emplea el método de optimización mayor será la consistencia en la determinación de n(λi) + ik(λi). Para obtener el espesor de la película delgada “d” mediante el método de optimización es necesario garantizar la minimización la función error total. La función error total depende del parámetro "d " y de las medidas independientes. La función error total es equivalente a la suma de la función error de todos los puntos medidos. Para obtener el verdadero espesor de la película delgada se requiere los siguientes pasos. Primero, minimizar la función error total para un espesor “d”. Segundo, realizar el mismo procedimiento para un conjunto de espesores. Tercero, el mejor valor "d " es el mínimo valor del conjunto de resultado al minimizar la función error total aplicado a un conjunto de espesores. Finalmente, el mejor valor "d " se aplica directamente en la función error en cada longitud de onda para determinar n(λi) y k(λi). La obtención de estas constantes ópticas se compara con los resultados del método de la envolvente mejorada.
Tesis

Mestrado em Engenharia Física
O presente projeto teve como objetivo principal o desenvolvimento e construcao de um sistema experimental para a medicao do efeito magnetoeletrico (ME) direto, com base no metodo dinamico fazendo uso de um Lock-in, e em funcao de um campo magnetico de polarizacao ( ) ou da frequencia ( ) de um campo magnetico modulado. Para isso dividimos os trabalhos em tres fases: planeamento e projecao, calibracao, e, testagem e otimizacao. Na primeira fase, comecamos por fazer uma analise teorica sobre o comportamento magnetico e eletronico de um par de bobinas de Helmholtz e com o objetivo de determinar os seus parametros de construcao otimos. Este processo culminou assim com a construcao de uma cavidade contendo duas bobinas deste tipo. Na subsequente calibracao do sistema, foram determinadas as relacoes entre: diferenca de potencial, amplitude de corrente, frequencia e campos magneticos gerados pelas bobinas. Estas relacoes foram entao integradas em tres programas, escritos em LabVIEWR, para o controlo remoto dos diversos processos de medicao e capazes de guiar quatro dispositivos em simultaneo: um gerador de funcoes, um multimetro digital, um gaussimetro e um amplificador de Lock-in. Estes modos de medicao sao portanto: i) uma medicao do coeficiente ME em funcao da frequencia do campo modulado e sobre um campo constante produzido pelo eletroiman do espectrometro de EPR ou pelas bobinas de Helmholtz; ii) uma medicao em funcao de um campo gerado pelas bobinas de Helmholtz; e iii) uma medicao semelhante ao caso anterior so que com um campo produzido pelo eletroiman. Numa fase final de testagem e otimizacao do sistema das bobinas, concluimos a possibilidade da inducao de campos magneticos de modulacao com amplitudes de ate pelo menos 8 Oe, e frequencias de ate 102 kHz, e com variacoes de amplitude nunca superiores a 0,05 Oe ao longo de todas as frequencias. Constatamos tambem a possibilidade da geracao de campos de polarizacao de ate 120 Oe, quando induzidos pelas bobinas de Helmholtz, ou de ate 15 kOe, quando produzidos pelo eletroiman. Notamos aqui que a cavidade construida, para alem do eletroiman do espectrometro de EPR, e tambem compativel com os criostatos existentes de azoto e helio desta forma permitindo a realizacao de medicoes MEs a temperaturas dentro do intervalo dos 4 aos 450 K. Estando finalizada a construcao do sistema de medicao, realizamos uma serie de analises de avaliacao sobre o seu funcionamento. Aqui, identificamos a existencia de um sinal parasitico intenso com origem na inducao eletromagnetica de Faraday. Com o objetivo de filtrar este efeito dos resultados experimentais, testamos assim com sucesso dois metodos computacionais de correcao. No final, concluimos ainda a boa precisao (repetibilidade) e capacidade de resolucao para a detecao de sinais MEs, de ate ca. 8 ƒÊV/Oe, por parte do sistema. Numa componente experimental subsequente, conseguimos observar respostas MEs gigantes, com coeficientes de ate 123,8 V/cm.Oe (para . 100 Oe), para uma amostra composita laminada de teste de Metglas/PZT/Metglas , com configuracao 2-1 multi-push-pull, e em condicoes de ressonancia eletromecanica para uma frequencia de ca. 31 kHz. A fim de iniciar o estudo das caracteristicas do acoplamento ME em compositos bifasicos fazendo uso do composto LiNbO3 como fase piezoeletrica, sintetizamos e realizamos uma serie de medicoes sobre uma amostra prototipo laminada compacta de Metglas/LiNbO3/Metglas. Consequentemente, fomos capazes de identificar coeficientes MEs maximos transversais de ca. 16,2 mV/cm.Oe (para . 100 Oe e = 1 kHz) que, embora sendo bastante inferiores aos valores maximos espectaveis de ca. 2,32 V/cm.Oe, abrem caminho a estudos futuros com vista a utilizacao do composto LiNbO3 em compositos MEs livres de chumbo, com elevada temperatura de operacao e com uma resposta ME altamente linear e nao histeretica.
This project was aimed primarily at the development and construction of an experimental system for measuring the direct magnetoelectric (ME) effect, based on the dynamic method making use of a Lock-in, and as a function of a magnetic bias field ( ) or of the frequency ( ) of a magnetic modulation field. In order to do this, we divided the work into three phases: planning and projection, calibration, and, testing and optimization. In the first phase, we began with a theoretical analysis on the electronic and magnetic behavior of a pair of Helmholtz coils in order to determine its optimal construction parameters. This procedure then led to the construction of a cavity containing two of such coils. In the subsequent calibration of the system, the relationships between: voltage, current amplitude, frequency and magnetic fields generated by the coils, were determined. These relationships were then integrated into three programs, written in LabVIEW®, for the remote control of multiple measurement processes and capable of driving four devices simultaneously: a function generator, a digital multimeter, a gaussmeter and a Lock-in amplifier. These measurement modes are therefore: i) a measurement of the ME coefficient as a function of the frequency of the modulation field and under a constant field produced by the electromagnet of the EPR spectrometer or by the Helmholtz coils; ii) a measurement as a function of the field generated by the Helmholtz coils; and iii) a measurement similar to the previous case but with a field produced by the electromagnet. In a final phase of testing and optimization of the coils system, we concluded the possibility of inducing magnetic modulation fields with amplitudes of up to at least 8 Oe, and frequencies up to 102 kHz, and with amplitude variations not greater than 0.05 Oe over all the frequencies. We have also found the possibility of generating polarization fields of up to 120 Oe, when induced by the Helmholtz coils, or up to 15 kOe, when produced by the electromagnet. We point out here that the constructed cavity, in addition to the electromagnet of the EPR spectrometer, is also compatible with the existing nitrogen and helium cryostats, thereby allowing ME measurements at temperatures within the range from 4 to 450 K. Having completed the construction of the experimental set-up, we performed a series of analysis in order to evaluate its functioning. Here, we identified the existence of a large parasitic signal originating from the Faradaic electromagnetic induction. With the objective of filtering this effect from the experimental results, we then successfully tested two computational correction methods . At the end, we further concluded the s ys tem’s good precision (repeatability) and resolution capability for the detection of ME signals down to ca. 8 μV/Oe. In a subsequent experimental component we were able to observe giant ME responses, with coefficients of up to 123.8 V/cm.Oe (for ≈ 100 Oe), for a laminated composite test sample of Metglas/PZT/Metglas, with a 2-1 multi-push-pull configuration, and under electromechanical resonance conditions for a frequency of ca. 31 kHz. In order to initialize the study of the ME characteristics in two-phase composites containing the LiNbO3 compound as the piezoelectric phase, we synthesized and conducted a series of measurements on a prototype laminated bulk sample of Metglas/LiNbO3/Metglas. Consequently, we were able to identify maximum transverse ME coefficients of ca. 16.2 mV/cm.Oe (for ≈ 100 Oe and = 1 kHz), which while being well below the maximum expected values of ca. 2.32 V/cm.Oe, pave the way for further studies on the development of lead free ME composites containing the LiNbO3 compound, with high operating temperature and with a highly linear and non-hysteretic ME response.

Definir los parámetros de polarización de la luz procedente de una muestra aporta una mayor información sobre las propiedades de ésta que la simple medida de la intensidad luminosa difundida. Cuando un haz luminoso sufre una perturbación debida a cualquier interacción con un medio, los campos electromagnéticos del haz incidente y el del haz emergente, expresados en términos de los parámetros de Stokes, pueden ser relacionados mediante la denominada matriz de Mueller. En este aspecto, el conocer la evolución de los parámetros de dicha matriz del sistema, nos permitiría definir cómo se comporta éste frente a la luz incidente. Para tal objetivo, se ha puesto a punto un polarímetro dinámico basado en técnicas de Transformada de Fourier, que permite determinar con una sola medida los 16 elementos de la matriz de Mueller. Ésta nos mostrará los cambios sufridos por la polarización del haz incidente debido a su interacción con una muestra problema.Aplicando el método de Descomposición Polar, se puede ver que cualquier sistema puro, con matriz de Mueller M, responde a la siguiente relación: M=R*D, donde R y D simbolizan las matrices de Mueller de un medio Retardador ideal y de un medio Diatenuador ideal, respectivamente. En una versión extendida de éste teorema, teniendo en cuenta que no todos los medios son ideales, sino que hay medios en los que aparecen efectos de despolarización, la descomposición de la matriz de Mueller daría lugar a: M=Z*R*D, tomando Z como la matriz de Mueller de un sistema despolarizante. De esta forma, utilizando algebra matricial, podemos descomponer la matriz de un sistema problema, en matrices de menor complejidad, con un estricto sentido físico.Partiendo de éstos resultados teóricos, y por medio del uso del polarímetro dinámico para la caracterización polarimétrica de los sistemas, se han analizado muestras de diversos tipos: superficies planas microestructuradas, para evaluar el efecto de la composición, tamaño e interacción; suspensiones de micropartículas y nanopartículas en coloide, para caracterizar su tamaño y composición; y sustancias quirales en medios turbios (en éste aspecto, recientemente ha sido demostrada la validez de éste método para el análisis in situ de tejidos biológicos). Asimismo, se han caracterizado componentes ópticos y polarimétricos por transmisión y reflexión, demostrando la validez del método. Finalmente se han llevado a cabo simulaciones computacionales a fin de estudiar patrones de comportamiento en sistemas complejos por medio del método de Descomposición Polar.
Polarization parameters of light scattered from a sample give more information about its properties than the light scattering intensity measurement. When a light beam interacts with an object or a medium, the electromagnetic fields of the incident and the emerging beam, both expressed in terms of Stokes parameters, can be related by the so-called Mueller matrix. In this respect, the matrix elements are associated to the physical system and define its behaviour. For the analysis of real systems, Mueller matrix must be experimentally obtained. For this purpose, a dynamic polarimeter (DRCP or Dual Rotating Compensator Polarimeter) based on Fourier Transform techniques has been developed, which allow us to determine the 16 elements of the Mueller matrix in a single cycle of measurements.Applying an algebraic tool, as the Polar Decomposition method (PD), we can see that any Mueller matrix corresponding to a pure system satisfies: M = R * D, where R and D are the Mueller matrices of an ideal Retarder and a Diattenuator, respectively. In an extended version of PD, taking into account that not all matrices are ideal, but there are systems in which depolarization effects occur, the decomposition of the Mueller matrix would lead to: M = Z * R * D, with Z representing the depolarization. Thus, using matrix algebra, we can decompose the matrix of a system, in a product of matrices with a strict physical sense.Based on these theoretical results and by using a polarimetric characterization of systems (through PDRC measurements), we have analyzed samples of different types: flat microstructured surfaces to evaluate the effect of the composition, size and interaction; suspensions of microparticles or nanoparticles to characterize their size and composition; chiral substances in turbid media (in this aspect has recently been demonstrated the validity of this method for the analysis of biological tissues "in situ"); characterization and study of polarimetric optics in transmission and reflection, demonstrating the validity of the method. Finally, we have carried out computer simulations to explore patterns in complex systems using PD.

Mestrado em Ensino de Física e Química
A importância do manual escolar tem sido bastante marcante no processo de ensino-aprendizagem. Tem constituído ao longo dos tempos um instrumento educativo privilegiado que tem influenciado as actividades desenvolvidas na sala de aula. Alguns estudos têm referido que o manual é um dos recursos educativos mais utilizados pelos professores A análise de conteúdos tem sido escolhida como objecto de investigação na didáctica das ciências com objectivos diversificados. Considerando o papel do manual, a sua análise permite compreender a maneira como o electromagnetismo e indução electromagnética foram apresentados no ensino liceal e pode oferecer pistas sobre os processos de transferência de saberes. A inserção de imagens, a sua relação com o texto, podem indicar o modo pelo qual o aluno/leitor vai sendo introduzido no mundo da física experimental ou como é que os produtos da tecnologia, mediante os seus princípios de concepção podem inserir uma dimensão social num ensino mais virado para os princípios físicos teóricos. A comparação entre os conteúdos do programa oficial e os conteúdos apresentados pelo manual poderá ser um indicador pertinente da importância do manual em promover a divulgação de novos conceitos e aplicações práticas. A proximidade temporal das descobertas, isto é, a transposição da ciência produzida (descobertas e/ou invenções) poderá ser um indicador da actualidade dos assuntos abordados num manual escolar. Foi necessário fazer uma pesquisa para localizar os programas da disciplina de Física e os manuais adoptados desde a criação da disciplina em 1855 até 1974. A análise incidiu sobre manuais escolares adoptados no último ano do ensino secundário em Portugal. A metodologia seguida foi uma análise qualitativa, em que se transcreveram extractos de texto e figuras dos manuais, que serviram como indicador da maneira como os conteúdos foram apresentados. Os resultados permitem afirmar que os livros franceses, adoptados em Portugal, no ensino secundário tiveram bastante influência, principalmente durante o século XIX e princípio do século XX. Estes livros foram adoptados e bastante usados no ensino liceal desde 1855 até 1918. Esta influência terá sido benéfica, visto que eram livros que abordavam assuntos de actualidade que não constavam dos programas oficiais, tendo permitido a divulgação de novos conceitos e suas aplicações práticas. A indução electromagnética apareceu no programa oficial apenas em 1880, embora tenha sido apresentada em quase todos os manuais portugueses e também nos franceses adoptados em Portugal, mesmo antes disso. A bobina de Ruhmkorff e as suas aplicações práticas, em especial a descarga eléctrica, em tubos contendo gases rarefeitos, mereceu um destaque importante nos manuais escolares. O nível de aprofundamento dos conteúdos não era igual em todos os livros. O “Traité Élémentaire de Physique”, de A. Ganot, é um livro que se destaca pelo nível de aprofundamento dado ao electromagnetismo e indução electromagnética, comparativamente aos restantes manuais da mesma época. Durante o século XIX, verifica-se uma grande uniformidade no estilo de apresentação do electromagnetismo e indução electromagnética. Era frequente os livros apresentarem a teoria, com pouca conceptualização e, de seguida, várias aplicações práticas. As figuras que aparecem nos livros portugueses são iguais ou semelhantes às do Ganot e a apresentação das matérias segue a mesma ordem. Até 1900, os livros limitavam-se a descrever os fenómenos sem apresentar qualquer formalismo matemático, que apareceu nos livros franceses adoptados no início do século XX. A partir desta data, as ilustrações dos manuais, deixam de ser apenas figuras de objectos reais e começam a aparecer também gráficos e esquemas. Verifica-se que há uma actualização científica dos manuais, que é mais evidente durante o século XIX e princípio do século XX, reflectindo a influência dos livros franceses. Neste período era frequente os manuais escolares fazerem referência a descobertas e aplicações práticas relativamente recentes. O “Traité Élémentaire de Physique” de A. Ganot, edição de 1857, apresenta a da bobina de Ruhmkorff e suas aplicações práticas e também as correntes de Foucault. A construção da bobina foi feita em 1851 e o artigo de Foucault tinha sido publicado em 1855. O “Traité de Physique” de E. Drincourt, edição de 1900, faz referência à telegrafia sem fios (TSF), que era um tema recente na época. Explica o funcionamento do detector de Branly, cuja descoberta tinha sido publicada em 1890. Também aborda os raios X que tinham sido descobertos em 1895. O “Cours Élémentaire de Physique” de M. Chassagny, edição de 1907, refere o trabalho de J. Perrin que em 1895 provou que os raios catódicos eram partículas carregadas negativamente. Os manuais utilizados no ensino liceal em Portugal, no período compreendido entre 1855 e 1954, não propõem quaisquer actividades para os alunos. Apenas o “Curso de Física” de José Teixeira, adoptado desde 1954 até 1974, tem no final de cada capítulo alguns exercícios numéricos para resolver. O equipamento laboratorial foi sempre apresentado numa perspectiva indutivista/verificacionista da teoria.
The importance of the textbook has been quite significant in the teaching/learning process. Throughout time it has been a privileged teaching instrument that has influenced the activities developed in the classroom. Some studies have stated that the school manual is one of the most used instruments by teachers. The analysis of the contents has been chosen as a research object in the didactics of sciences with different objectives. Accounting for the role of the textbook, its analysis allows us to understand the way in which the electromagnetism and electromagnetic induction were introduced in the high school teaching and it can give clews about the processes of knowledge transfer. The introduction of images and their relationship to the text can indicate the way through which the student/reader is introduced to the world of experimental physics or how the products of technology can insert a social dimension in a teaching process oriented to the theoretical principles of Physics. The comparison between the contents of the official program and the contents presented in the textbook can be a pertinent indicator of the manual’s importance in promoting the wide spreading of new concepts and their practical applications. The time proximity of the discoveries, i.e., the transposition of the produced science (discoveries and/or inventions) can be an indicator of the actuality of the issues dealt with in the school manual. It was necessary to research in order to locate the programs of Physics and the textbooks adopted since the creation of this school subject, in 1855 until 1974. This analysis focused on the textbooks used in the last academic high school year in Portugal. A qualitative analysis methodology was followed, in which text extracts and figures were transcribed, that were used as an indicator of the way the contents were presented. The results allow us to state that during 19th century and the beginning of the 20th, French textbooks adopted in Portuguese high schools had great influence on the teaching process. They were adopted and much used in high schools from 1855 until 1918. This influence was positive since those were books, which dealt with present issues that were not included in the official programs, allowing the wide spreading of new concepts and their practical applications. Although the electromagnetic induction appeared in the official program only in 1880, it was presented before in almost all Portuguese and French manuals adopted in Portugal. Ruhmkorff's bobbin and its practical applications, especially the electrical discharge, in tubes containing rarefied gases, has deserved an important attention in the school textbooks. The level of contents deepening was not the same in all books. A. Ganot’s "Traité Élémentaire de Physique" is a pertinent book due to the deepening level given to electromagnetism and electromagnetic induction, comparatively to the remaining manuals of the time. During 19th century, a great uniformity is observed in the presentation of electromagnetism and electromagnetic induction. At that time, the textbooks frequently presented the theory with little conceptualisation, followed by several practical applications. The figures that appear in the Portuguese textbooks are the same or similar to Ganot's one and the presentation of topics also follows the same order. Until 1900 the textbooks simply described the phenomena without presenting any mathematical formalism that appeared in French manuals adopted in the beginning of the 20th century. From this time on, the illustrations of the textbooks were no more just pictures of real objects, but graphics and schemes started to be used. A scientific update of the manuals is verified and it is more evident during the 19th century and the beginning of the 20th century, reflecting the influence of French textbooks. In this period the school manuals frequently refer recent discoveries and practical applications. Ganot's "Traité Élémentaire de Physique", 1857 edition, includes Ruhmkorff's bobbin and its practical applications as well as Foucault's currents. The bobbin was built in 1851 and Foucault's article had been published in 1855. E. Drincourt's "Traité de Physique", 1900 edition, has a reference to wireless telegraphy, which was a new topic at the time. It explains how Branly's detector works, a discovery that had been published in 1890. It also includes the X-rays that had been just found in 1895. M. Chasagny's "Cours Élémentaire de Physique", 1907 edition, refers J. Perrin's work, which in 1895 proved that the cathodic rays were negatively charged particles. The textbooks used in Portuguese high school, from 1855 up to 1954, include no activities for the students. Only José Teixeira’s “Curso de Física”, adopted since 1954 until 1974, presents a few numerical exercises to be solved at the end of each chapter. The laboratory equipment was always presented in an inductive/verificative perspective of the theory.

El proyecto de tesis trata sobre el desarrollo de simulación de la tasa de absorción específica (SAR) bajo distintas condiciones de exposición a radiaciones no ionizantes. El primer capítulo presenta la definición del problema, en él se explican los motivos de elección del presente trabajo, considerando el incremento de estaciones base y el uso de dispositivos inalámbricos. Posteriormente, se justifica la importancia de dar solución al problema mediante este proyecto de investigación. El segundo capítulo muestra el estado del arte, en el cual se detallan los estudios de investigación y técnicas desarrolladas a la fecha. Luego se presenta el marco teórico, donde se han resumido conceptos básicos de la radiación electromagnética; esta información será de gran importancia para poder entender lo desarrollado y expuesto en los resultados del trabajo. El tercer capítulo consiste en el análisis de diferentes modelos realizados para la región pélvica y la zona de la cadera, luego de una exhaustiva investigación. Asimismo, se detallan los parámetros y propiedades a considerar en la elaboración del modelo de la zona de interés. Posteriormente se desarrolla el modelo de siete capas para la región pélvica y la zona de la cadera utilizando el programa EMPro Agilent. El cuarto capítulo presenta los resultados de Tasa de Absorción Específica (SAR) W/Kg para los diferentes casos de exposición a radiaciones no ionizantes. El desarrollo de este capítulo permite determinar y explicar el valor de SAR por medio del programa EMPro Agilent, dentro del cual se simula que un elemento radiante emite energía sobre la estructura de la región pélvica y cadera. Por último, se destacan las conclusiones y recomendaciones del presente trabajo, luego de haber revisado los estándares de la ICNIRP y haber considerado experiencias previas. Además, se proponen algunos trabajos futuros de acuerdo al análisis de los resultados obtenidos, de modo que se puedan evaluar nuevos alcances no incluidos en el presente trabajo, así como utilizar los resultados para la realización de nuevos proyectos.
Tesis

En esta tesis se presenta el diseño e implementación de un electroimán y un actuador electrónico por PWM para un módulo experimental de levitación magnética, para realizar pruebas en el área de control y automatización. Este módulo comprende 3 etapas: etapa de sensado, etapa de control y la etapa de potencia. En la construcción de la etapa de potencia destacan el electroimán, el cual es implementado por un núcleo cilíndrico de hierro enrollado con un cable de cobre y cubierto con un material aislante para su protección, además de un actuador electrónico por PWM implementado por un circuito generador de onda triangular y un circuito amplificador de la señal de control que son acoplados hacia el uso de un amplificador operacional en configuración de comparador para la generación de la señal PWM. Esta señal es utilizada para la activación y desactivación de un transistor de potencia. Con el cual es posible reducir el calentamiento que presenta la bobina y el transistor de potencia. Múltiples pruebas de laboratorio se realizaron con el electroimán y el actuador electrónico así como también de todo el sistema. Se logró obtener resultados muy similares a los hallados en la teoría. Tanto en el electroimán como en el actuador electrónico se tuvo una respuesta bastante lineal frente a los cambios de posición de la esfera, este dato fue importante para el diseño del sistema en la etapa de control. Finalmente se logro que la etapa de potencia cumpla con la función de acondicionar la señal generada por el controlador del sistema para que interactue adecuadamente con el electroimán. Este módulo se desarrolló en la sala de manufactura del Centro de Tecnología Avanzada de Manufactura (CETAM) del departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Este prototipo sirve como instrumento útil para realizar prácticas experimentales en el campo de control de sistemas, que puede ser tomado con fines educativos y a su vez pueda ser desarrollado para su aplicación a otros sistemas. Es por ello que el estudio de estos sistemas de levitación magnética presenta un futuro prometedor.
Tesis

Doutoramento em Física
The present PhD work aims the research and development of materials that exhibit multiferroic properties, in particular having a significant interaction between ferromagnetism and ferroelectricity; either directly within an intrinsic single phase or by combining extrinsic materials, achieving the coupling of properties through mechanic phenomena of the respective magnetostriction and piezoelectricity. These hybrid properties will allow the cross modification of magnetic and electric polarization states by the application of cross external magnetic and/or electric fields, giving way to a vast area for scientific investigation and potential technological applications in a new generation of electronic devices, such as computer memories, signal processing, transducers, sensors, etc. Initial experimental work consisted in chemical synthesis of nano powders oxides by urea pyrolysis method: A series of ceramic bulk composites with potential multiferroic properties comprised: of LuMnO3 with La0.7Sr0.3MnO3 and BaTiO3 with La0.7Ba0.3MnO3; and a series based on the intrinsic multiferroic LuMn1-zO3 phase modified with of Manganese vacancies. The acquisition of a new magnetron RF sputtering deposition system, in the Physics Department of Aveiro University, contributed to the proposal of an analogous experimental study in multiferroic thin films and multilayer samples. Besides the operational debut of this equipment several technical upgrades were completed like: the design and construction of the heater electrical contacts; specific shutters and supports for the magnetrons and for the substrate holder and; the addition of mass flow controllers, which allowed the introduction of N2 or O2 active atmosphere in the chamber; and the addition of a second RF generator, enabling co-deposition of different targets. Base study of the deposition conditions and resulting thin films characteristics in different substrates was made from an extensive list of targets. Particular attention was given to thin film deposition of magnetic phases La1-xSrxMnO3, La1-xBaxMnO3 and Ni2+x-yMn1-xGa1+y alloy, from the respective targets: La0.7Sr0.3MnO3, La0.7Ba0.3MnO3; and NiGa with NiMn. Main structural characterization of samples was performed by conventional and high resolution X-Ray Diffraction (XRD); chemical composition was determined by Electron Dispersion Spectroscopy (EDS); magnetization measurements recur to a Vibrating Sample Magnetometer (VSM) prototype; and surface probing (SPM) using Magnetic-Force (MFM) and Piezo-Response (PFM) Microscopy. Results clearly show that the composite bulk samples (LuM+LSM and BTO+LBM) feat the intended quality objectives in terms of phase composition and purity, having spurious contents below 0.5 %. SEM images confirm compact grain packaging and size distribution around the 50 nm scale. Electric conductivity, magnetization intensity and magneto impedance spreading response are coherent with the relative amount of magnetic phase in the sample. The existence of coupling between the functional phases is confirmed by the Magnetoelectric effect measurements of the sample “78%LuM+22%LSM” reaching 300% of electric response for 1 T at 100 kHz; while in the “78%BTO+22%LBM” sample the structural transitions of the magnetic phase at ~350 K result in a inversion of ME coefficient the behavior. A functional Magneto-Resistance measurement system was assembled from the concept stage until the, development and operational status; it enabled to test samples from 77 to 350 K, under an applied magnetic field up to 1 Tesla with 360º horizontal rotation; this system was also designed to measure Hall effect and has the potential to be further upgraded. Under collaboration protocols established with national and international institutions, complementary courses and sample characterization studies were performed using Magneto-Resistance (MR), Magneto-Impedance (MZ) and Magneto-Electric (ME) measurements; Raman and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS); SQUID and VSM magnetization; Scanning Electron Microscopy (SEM) and Rutherford Back Scattering (RBS); Scan Probe Microscopy (SPM) with Band Excitation Probe Spectroscopy (BEPS); Neutron Powder Diffraction (NPD) and Perturbed Angular Correlations (PAC). Additional collaboration in research projects outside the scope of multiferroic materials provided further experience in sample preparation and characterization techniques, namely VSM and XPS measurements were performed in cubane molecular complex compounds and enable to identify the oxidation state of the integrating cluster of Ru ions; also, XRD and EDS/SEM analysis of the acquired targets and substrates implied the devolution of some items not in conformity with the specifications. Direct cooperation with parallel research projects regarding multiferroic materials, enable the assess to supplementary samples, namely a preliminary series of nanopowder Y1-x-yCaxØyMn1O3 and of Eu0.8Y0.2MnO3, a series of micropowder composites of LuMnO3 with La0.625Sr0.375MnO3 and of BaTiO3 with hexagonal ferrites; mono and polycrystalline samples of Pr1-xCaxMnO3, La1-xSrxMnO3 and La1-xCaxMnO3.
O trabalho de doutoramento presente tem por objectivo a pesquisa e desenvolvimento de materiais que manifestem propriedades multiferróicas, em particular com uma significativa interacção entre os fenómenos de ferromagnetismo e ferroelectricidade; seja de forma intrínseca em determinados materiais singulares, ou extrínseca ao combinar materiais que apresentam respectivamente fenómenos magnetoestritivo e de piezoelectricidade e em que geralmente o acoplamento se processa mecanicamente entre as fases. Esta hibridação de propriedades permite a modificação dos estados de polarização magnética ou eléctrica por aplicação dos campos externos complementares (eléctricos e/ou magnéticos), dando origem a uma vasta área de investigação científica e potenciais aplicações tecnológicas numa nova geração de dispositivos electrónicos como memórias, processadores, transdutores, sensores, etc. O trabalho experimental inicial consistiu na síntese química de óxidos sob a forma de pós nanométricos, pelo método de pirólise da ureia; As séries de compósitos maciços com potenciais propriedades multiferróicas compreendem: LuMnO3 com La0.7Sr0.3MnO3 e BaTiO3 com La0.7Ba0.3MnO3; e uma série baseada na modificação com lacunas de Manganésio da fase multiferróica intrínseca LuMn1-zO3. A aquisição de um novo sistema de deposição por RF sputtering, no Departamento de Física da Universidade de Aveiro, contribuiu para a proposta de estudo análogo de amostras multiferróicas sob a forma de filmes finos e multicamadas. Além da estreia operacional do equipamento foram efectuadas algumas melhorias técnicas e funcionais de que se destacam: o desenho e construção das ligações eléctricas do aquecedor; de portadas, protecções e respectivos suportes para os magnetrões e para o “porta substratos”; a adição de dois controladores de fluxo de gás permitindo a introdução controlada de Árgon e de atmosfera activa de O2 ou N2 durante a deposição; e a adição de uma segunda fonte e controlador RF permitindo a co-deposição simultânea de filmes a partir de dois alvos diferentes. O estudo base sobre as condições de deposição e das características dos filmes finos resultantes em diferentes substratos foi efectuada a partir de uma extensa lista de alvos. Atenção particular foi dada à deposição de filmes finos das fases magnéticas de La1-xSrxMnO3, La1-xBaxMnO3 e da liga Ni2+x-yMn1-xGa1+y a partir dos correspondentes alvos La0.7Sr0.3MnO3; La0.7Ba0.3MnO3 e NiGa com NiMn. A caracterização estrutural das amostras foi efectuada com Difractometria por Raios-X (XRD) convencional e de elevada resolução; determinação da composição química foi essencialmente realizada por Espectroscopia de Dispersão de Electrões (EDS); medidas de magnetização foram executadas com recurso a um protótipo de Magnetometro por Vibração da Amostra (VSM) e as medidas de análise de superfície utilizaram Microscopia de Ponta (SPM) nas vertentes de piezo resposta (PFM) e de força magnética (MFM). Os resultados obtidos nos compósitos maciços (LuM+LSM e BTO+LBM) demonstram claramente que as amostras satisfazem os objectivos propostos em termos de composição pureza das fases, com eventual conteúdo em óxidos espúrios inferior a 0.5%. Imagens obtidas por SEM confirmam a compactação dos grãos e distribuição de tamanhos em torno dos 50 nm. Condutividade eléctrica, intensidade da magnetização e a dispersão da resposta em Magneto-Impedância são coerentes com a proporção relativa da fase magnética em cada amostra. A existência de um acoplamento entre as fases funcionais é evidenciada por medidas de efeito Magneto-Eléctrico na amostra “78%LuM+22%LSM” que apresenta uma resposta eléctrica de ~300% para 1 Tesla a 100 kHz; enquanto que na amostra “78%BTO+22%LBM” se assinala a transição estrutural da fase magnética a ~350 K resulta na inversão do comportamento do coeficiente ME. Um sistema de Medidas de Magneto-Resistência foi totalmente desenvolvido e montado desde a fase conceptual até ao estado operacional; permite testar amostras de 77 a 350 K em função do campo magnético até 1 Tesla, e rotação horizontal de 360º; o sistema foi também desenhado para poder efectuar medidas de efeito de Hall e permitir upgrades. Ao abrigo de protocolos de colaboração estabelecidos com diversas instituições nacionais e internacionais, foram realizados cursos de formação complementar e caracterização de amostras em técnicas como Magneto Resistência (MR), Magneto Impedância (MZ) e efeito Magneto Eléctrico (ME); Espectroscopia Raman e Fotoelectrónica de Raios-X (XPS); Magnetização via sistemas SQUID e VSM; Microscopia de Ponta em Piezo resposta (PFM) e Espectroscopia de excitação em largura de banda (BEPS); Espectroscopia de Rutherford por Retro dispersão (RBS); Difracção de Neutrões em pós (NPD) e Correlações de Perturbação Angular (PAC) Colaboração em projectos de investigação fora do âmbito dos materiais multiferróicos permitiu ampliar e versatilizar experiencia em técnicas de preparação e caracterização de amostras, nomeadamente medidas de VSM e XPS permitiram identificar os estados de oxidação dos clusters de iões de Ruténio que integram complexos moleculares utilizados em catalisadores; A certificação por XRD e SEM/EDS do conjunto dos alvos e amostragem dos substratos adquiridos implicou a devolução de alguns itens com por falta de conformidade com as especificações. Cooperação directa em projectos de investigação paralelos sobre materiais multiferróicos permitiu o acesso a amostras suplementares, nomeadamente a uma série nano pós de Y1-x-yCaxØyMn1O3 e de Eu0.8Y0.2MnO3; a series de compósitos microestruturados de LuMnO3 com La0.625Sr0.375MnO3 e de BaTiO3 com ferrites hexagonais; e a diversas amostras poli- e mono-cristalinas de Pr1-xCaxMnO3, La1-xSrxMnO3 e La1-xCaxMnO3.
FCT - SFRH/BD/25011/2005

Doctor en Ingeniería Eléctrica
Los fotomezcladores Verticalmente Iluminados (VI) de Onda Viajera (TW) de Portadores Unipolares (UTC) son fuentes continuas de radiación de THz. Este dispositivo usa la conversión heterodino para generar señales de onda milimétrica. Este dispositivo genera además una corriente distribuida para incrementar su capacidad de manejar mayores cantidades de corriente y además eliminar la limitación de constante RC. Este trabajo se divide en simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia y simulaciones de dispositivos semiconductores. Los estudios de dispositivos semiconductores se enfocan en el modelado numérico del fenómeno de transporte de portadres proveyendo una descripción cualitativa y cuantitativa del transporte de portadores en fotodiodos UTC. Como resultado del análisis de semiconductor, resultados de brecha de energía, espacio de carga, densidad electrónica, velocidad del electrón, todos ellos bajos diferentes valores de potencia de iluminación son presentados en esta sección. Una curva de responsividad versus potencia óptica se muestra también. Esta tesis desarrolla además simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia para estudiar la propagación de la onda electromagnética a lo largo del dispositivo VI-TW-UTC. Los fotodiodos VI-TW-UTC ultra-rápidos requieren una capa base altamente dopada que hace de conexión conductora entre el fondo de la estructura mesa y los contactos metálicos de la capa base. Tal estructura se denomina mesa vertical p-i-n o de Uni-Portador. La capa base dopada tiene una fuerte influencia en las perdidas de THz. Por lo tanto, simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia fueron ejecutadas en HFSS y CST Microwave Studio para estudiar las pérdidas de THz. El dispositivo VI-TW-UTC fue modelado como una línea de transmisión cuasi-coplanar (Q-CPW). Posteriormente, las pérdidas de THz fueron calculadas indirectamente a través de los parámetros de dispersión S21. Las simulaciones muestran un valle de baja pérdida cerca de la conductividad 5×〖10〗^4 Sm-1, en medio de un rango de conductividad de excesiva absorción de THz haciendo este valor la mejor elección para el rango de frecuencia de 0 a 2000 GHz. Adicionalmente, estructuras de Mushroom-CPW y Wall-CPW se desarrollaron y simularon en la presente tesis para comparar sus pérdidas de THz. Un modelo analítico describiendo la potencia entregada a la entrada de antena del fotomezclador se desarrolló. El modelo analítico tiene como variables de entrada la curva de responsividad versus potencia óptica y la absorción de THz. Como resultado, la conductividad de la capa base muy alta es necesaria para alcanzar una potencia de THz razonablemente alta.
Esta tesis de investigación fue financiada por la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica CONICYT

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção de grau de mestre em Física Laboratorial, Ensino e História da Física
O processo de ensino-aprendizagem é cada vez mais complexo e exige do docente uma grande dose de criatividade e de conhecimento diversificado, de modo a poder alargar o leque de metodologias e estratégias que tem ao seu alcance e auxiliar os seus alunos no longo caminho a percorrer. A História da Ciência surge como uma dimensão importante na promoção da cidadania e do conhecimento das ciências como integrando o que chamamos “cultura geral”. Mas estarão os professores preparados para enfrentar este novo desafio? Neste trabalho investigou-se a introdução das mais importantes etapas históricas do conhecimento do Electromagnetismo em diferentes níveis de ensino. O electromagnetismo é, indubitavelmente, uma das áreas em que os alunos apresentam ideias alternativas mais resistentes em Física. Como referencial teórico para o desenvolvimento da metodologia aplicada, é utilizada a Teoria da Aprendizagem Significativa desenvolvida por Ausubel nos anos sessenta e alguns instrumentos facilitadores dessa aprendizagem que se inserem em ambientes construtivistas, os mapas de conceitos, “V” de Gowin, programas de Modelação e Simulação. Foram elaborados testes diagnósticos para diferentes níveis de ensino (7º, 9º e 11º anos), e aplicados a alunos de três escolas diferentes localizadas na Grande Lisboa. Estes testes tiveram como objectivo identificar os conceitos alternativos que os alunos trazem consigo para a sala de aula e que frequentemente continuam a apresentar após o processo de ensinoaprendizagem do Electromagnetismo. Como complemento deste trabalho foram analisados Manuais Escolares, no que concerne o estudo do conceito de campo electromagnético, relativos aos anos referidos, comparou-se com as respectivas orientações curriculares aprovadas pelo Ministério da Educação,com o propósito de sugerir algumas ideias de como aplicar a História da Física no ensino da Física.

Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais
Ligas de forma ferromagnética em sistemas Ni-Mn-Ga são uma classe recente de materiais activos que podem gerar deformações de até 10% induzidas por um campo magnético por um rearranjo de maclas. Esta e outras propriedades físicas destas ligas têm importância tecnológica. Este trabalho investiga as propriedades de filmes finos de ligas de Ni-Mn-Ga sobre diferentes substratos, incluindo substratos activos (piezeléctricos). Para estudar as propriedades de filmes finos da liga, heteroestruturas sob a forma de Ni-Mn-Ga/substrato foram produzidas por RF sputtering com magnetrão utilizando temperaturas de deposição de 3200C, 3700C, 4000C sobre substratos de Al2O3, MgO, SrTiO3 e PMN-PT. A influência da temperatura do substrato durante a deposição nas propriedades estruturais e magnéticas de filmes finos foi estudada. Além disso, o acoplamento magnetoeléctrico entre Ni-Mn-Ga como filme fino material ferromagnético e PMN-PT como material piezoeléctrico foi investigada. O efeito magnetoeléctrico foi investigado apenas em filmes depositados a temperatura do substrato de 3700C e 4000C. As propriedades estruturais foram estudadas por difração de raios-X, as propriedades magnéticas foram investigadas por VSM, SQUID, e MFM, e o efeito magnetoeléctrico foi estudado por técnica lock-in. A medida estrutural mostrou que os filmes depositados são parcialmente cristalinos e o grau de cristalinidade aumenta como o aumento da temperatura do substrato. Fases austenita e martensita foram observadas nesses filmes. Os resultados da medição magnética mostram que todos os filmes depositados exibem comportamento ferromagnético e o comportamento ferromagnético é favorecido com o aumento da temperatura do substrato. Todos os filmes depositados na temperatura do substrato de 400ºC apresentam temperaturas dev Curie acima da temperatura ambiente: 337K para Ni-Mn- Ga/PMN-PT, 345K para Ni-Mn-Ga/STO e 348K para Ni-Mn-Ga/Al2O3. Nenhuma evidência separada de temperatura de transição estrutural foi observada para nos filmes. Os resultados das medições magnetoeléctricas mostram que as heteroestruturas multiferróicas Ni-Mn-Ga/PMN-PT apresentam efeito magnetoelétrico. O valor máximo medido para a tensão magnetoeléctrica induzida para filmes depositados à temperatura do substrato de 3700C e 4000C são 3.16mV/cmOe e 3.02mV/cmOe, respectivamente.
Ferromagnetic shape memory alloys (FSMAs) in Ni-Mn-Ga systems are a recent class of active materials that can generate large magnetic field induced strains up to 10% by twin rearrangement. This and other physical properties these alloys have many technological importance. This work investigates the properties of Ni-Mn-Ga alloy thin films on different substrates including active substrate (piezoelectric). To study the properties of thin films of the alloy, the heterostructures in the form of Ni-Mn-Ga/substrate were produced by RF magnetron deposition system using substrate deposition temperatures of 3200C, 3700C, and 4000C, where the substrates used were Al2O3, MgO, SrTiO3 and PMN-PT. The influences of deposition substrate temperature on structural and magnetic properties of sputtered thin films on the aforementioned substrates were studied. Moreover, magnetoelectric coupling between Ni-Mn- Ga thin film as ferromagnetic material and PMN-PT as piezoelectric material was investigated. The magnetoelectric effect was investigated only on films deposited at substrate temperature of 3700C and 4000C. The structural properties were studied by x-ray diffraction, magnetic properties were investigated by VSM, SQUID, and MFM, and the magnetoelectric effect was studied by lock-in technique. The structural measurement has shown that asdeposited films are partially crystalline and degree of crystallinity increases as substrate temperature increase. Austenite and martensite phases have been observed in these films. The magnetic measurement results show that all films as-deposited display ferromagnetic behaviour and ferromagnetic behaviour improvements are observed as substrate temperature increases. All films deposited at substrate temperature of 4000C exhibit Curie temperatures above room temperature which are 337K for Ni-Mn-Ga/PMN-PT, 345K for Ni-Mn- Ga/STO, 348K for Ni-Mn-Ga/Al2O3. No separate signature of structural transition temperature was observed for all these films. The magnetoelectric measurement results show that a heterostructure of Ni-Mn-Ga/PMN-PT multiferroic exhibit magnetoelectric effect. The measured maximum induced magnetoelectric voltage for films deposited at substrate temperature of 3700C and 4000C are 3.16mV/cmOe and 3.02mV/cmOe, respectively.

La plasmónica es la ciencia que estudia la interacción, a escala nanométrica, entre la luz y los electrones libres de los metales, dando lugar a la propagación de ondas altamente confinadas a su superficie. La plasmónica tiene multitud de aplicaciones en nanotecnología, como son el sensado biológico y químico, espectroscopía, nanolitografía, comunicaciones de banda ultra ancha integradas en chips, nanoantenas para luz, filtrado, y manipulación de señales ópticas, entre muchas otras. Una de las aplicaciones más novedosas es la creación de metamateriales: estructuras artificiales diseñadas para controlar la propagación de la luz, con aplicaciones fascinantes como la lente perfecta o la capa de invisibilidad. La plasmónica y los metamateriales están al frente de la investigación actual en fotónica, gracias al auge de la nanotecnología y la nanociencia, que abre las puertas a una gran cantidad de nuevas aplicaciones. Esta tesis, desarrollada en el Centro de Tecnología Nanofotónica de Valencia de la UPV, en colaboración con la University of Pennsylvania y King's College London, trata de aportar nuevas ideas, estructuras y dispositivos a los campos de la plasmónica y los metamateriales, tratando de realizar su fabricación y medida experimental cuando sea posible. La tesis no se ciñe a una única aplicación o dispositivo, sino que realiza una extensiva exploración de los diversos sub-campos de la plasmónica en busca de fenómenos novedosos. Los resultados descritos son los siguientes: En el campo de los metamateriales de índice negativo se presentan dos estructuras: nanocables en forma de U, y guías coaxiales plasmónicas. En el campo del sensado plasmónico se presenta el diseño y la prueba experimental de un sensor se sustancias químicas de altas prestaciones con nanocruces metálicas. También se detallan teóricamente: un novedoso dispositivo para luz lenta e inversión temporal de pulsos basada en metamateriales y cristales fotónicos, un metamaterial para conversión de polarización sintonizable mediante pérdidas, un análogo plasmónico al efecto de levitación Meissner en superconductores y un método de reducción de pérdidas en guías plasmónicas mediante interferencia en guías multimodo. Por último se presenta teórica y experimentalmente un nuevo ejemplo fundamental de interferencia de campo cercano, logrando la excitación unidireccional de modos fotónicos ---ya sean plasmónicos o no--- mediante los campos cercanos de un dipolo circularmente polarizado.
Rodríguez Fortuño, FJ. (2013). Design and implementation of plasmonic metamaterials and devices [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31207
TESIS
Premiado

Mestrado em Engenharia Física
Esta dissertação destina-se a tentar compreender a natureza de comportamentos magnéticos anómalos do BaTiO3 que se demonstrou que possuía 113 ppm de Fe na sua composição, provenientes dos reagentes utilizados na produção deste material. Prepararam-se dois conjuntos de amostras para tentar compreender se e como o Fe é responsável pelos comportamentos anómalos que se podem observar no terceiro capítulo desta dissertação. Um dos conjuntos consistiu na preparação de 5 pastilhas de Titanato de Bário (com as 113 ppm de Fe) com diferentes tratamentos térmicos. O segundo conjunto consistiu em utilizar 5 monocristais de BaTiO3 adquiridos comercialmente nos quais foi feita uma dopagem de iões Fe com diferentes concentrações. Fez-se a caracterização estrutural destas amostras utilizando Difração de raios-X, espectroscopia de Raman, SEM e EDS. Por fim fez-se caracterização magnética medindo-se curvas M-H e M-T utilizando um VSM e/ou SQUID. Concluiu-se que o efeito Magnetolétrico presente nas amostras de BTO estudadas nesta dissertação deve ocorrer através de efeitos nas fronteiras de grão onde clusters de óxido de ferro se acumulam resultando num efeito de interfaces. Podemos dizer que este BaTiO3: Fe é um Multiferróico não convencional, uma vez que através do efeito Magnetolétrico, o Fe pode ser utilizado como uma sonda Multiferróica utilizável no estudo magnético de transições de fase elétricas do BaTiO3! Como trabalho futuro irão fazer-se estudos usando a espetroscopia de Mössbauer e PAC para determinar a natureza magnética local do composto magnético envolvido no acoplamento ME.
This work aims to understand the nature of the anomalous magnetic behaviors of BaTiO3 which has 113 ppm of Fe in Its composition from the reactants used to synthesize this material. Two sets of samples were prepared to try to understand whether the Fe influences the anomalous behavior observed in the third chapter of this work. One set of samples involved the preparation of 5 pellets barium titanate (with 113 ppm of Fe) with different thermal treatments. The second group consisted of 5 BaTiO3 single crystals commercially obtained, in which ion doping was made using different Fe concentrations. Structural characterization of these samples was made using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, SEM and EDS. Finally we made the magnetic characterization by measuring M-T and M-H curves using a VSM and/or a SQUID. We concluded that the Magnetoelectric effect present in the BTO samples should occur because the iron oxide clusters which accumulate at the grain boundaries result in interface effects. We can say that this BaTiO3: Fe is an unconventional Multiferroic were the Fe can be used as a Magnetoelectric probe that can be used in the magnetic study of electric phase transitions of BaTiO3! Future work will be made using Mössbauer spectroscopy and PAC to determine the local magnetic nature of the magnetic compound involved in Magnetoelectric effect.

Studies have proven that the desired signal for Magnetotellurics (MT) in the electromagnetic (EM) field can be regarded as 'quasi stationary' (i.e. sufficiently stationary to apply a windowed Fourier transform). However, measured time series often contain environmental noise. Hence, they may not fulfill the stationarity requirement for the application of the Fourier Transform (FT) and therefore may lead to false or unreliable results under methods that rely on the FT. In light of paucity of algorithms of MT data processing in the presence of non stationary noise, it is the goal of this thesis to elaborate a robust, non stationary algorithm, which can compete with sophisticated, state-of-the-art algorithms in terms of accuracy and precision. In addition, I proof mathematically the algorithm's viability and validate its superiority to other codes processing non stationary, synthetic and real MT data. Non stationary EM data may affect the computation of Fourier spectra in unforeseeable manners and consequently, the traditional estimation of the MT transfer functions (TF). The TF estimation scheme developed in this work is based on an emerging nonlinear, non stationary time series analysis tool, called Empirical Mode Decomposition (EMD). EMD decomposes time series into Intrinsic Mode Functions (IMF) in the time-frequency domain, which can be represented by the instantaneous parameters amplitude, phase and frequency. In the first part of my thesis, I show that time slices of well defined IMFs equal time slices of Fourier Series, where the instantaneous parameters of the IMF define amplitude and phase of the Fourier Series parameters. Based on these findings I formulate the theorem that non stationary convolution of an IMF with a general time domain response function translates into a multiplication of the IMF with the respective spectral domain response function, which is explicitly permitted to vary over time. Further, I employ real world MT data to illustrate that a de-trended signal's IMFs can be convolved independently and then be used for further time-frequency analysis as done for MT processing. In the second part of my thesis, I apply the newly formulated theorem to the MT method. The MT method analyses the correlation between the electric and magnetic field due to the conductivity structure of the subsurface. For sufficiently low frequencies (i.e. when the EM field interacts diffusively), the conductive body of the Earth acts as an inductive system response, which convolves with magnetic field variations and results in electric field variations. The frequency representation of this system response is commonly referred to as MT TF and its estimation from measured electric and magnetic time series is summarized as MT processing. The main contribution in this thesis is the design of the MT TF estimation algorithm based on EMD. In contrast to previous works that employ EMD for MT data processing, I (i) point out the advantages of a multivariate decomposition, (ii) highlight the possibility to use instantaneous parameters, and (iii) define the homogenization of frequency discrepancies between data channels. In addition, my algorithm estimates the transfer functions using robust statistical methods such as (i) robust principal component analysis and (ii) iteratively re-weighted least squares regression with a Huber weight function. Finally, TF uncertainties are estimated by iterating the complete robust regression, including the robust weight computation, by means of a bootstrap routine. The proposed methodology is applied to synthetic and real data with and without non stationary character and the results are compared with other processing techniques. I conclude that non stationary noise can heavily affect Fourier based MT data processing but the presented non stationary approach is nonetheless able to extract the impedances correctly even when the other methods fail.

El mètode magnetotel•lúric és una tècnica geofísica de font natural i no invasiva que permet caracteritzar la resistivitat elèctrica del subsòl. Permet caracteritzar contrastos significatius de resistivitat elèctrica, així que és útil per caracteritzar els límits en profunditat de les conques sedimentàries, les estructures internes dins de la litosfera (subduccions, fusions parcials, mineralitzacions, etc...) o fins i tot per identificar el límit litosfera-astenosfera si s’utilitzen estacions de llarg període. En aquesta tesi s’aplica el mètode magnetotel•lúric en dues zones d’estudi amb una estructura litosfèrica que es troba actualment en discussió. La primera zona correspon a la Serralada Bètica (Espanya) i està ubicada al límit de dues plaques tectòniques, l’Africana i la Ibèrica. Els darrers anys s’han proposat diversos models geodinàmics per explicar la seva estructura litosfèrica, però cap d’ells ha tingut en compte dades geoelèctriques. Degut als bons resultats que el mètode magnetotel•lúric ha presentat en altres zones de límit de plaques i a que ja existien dades de treballs previs a la part central, es va decidir adquirir noves dades i ampliar la zona d’estudi a gairebé la totalitat de la Serralada. Conèixer la distribució de la resistivitat elèctrica a escala litosfèrica ajuda a discriminar entre els models geodinàmics existents i imposar constrenyiments en models futurs. La segona zona d’estudi considerada en aquesta tesi es troba a la província d’Alberta (Canadà), que presenta una litosfera amb unes característiques molt diferents a l’anterior però també desperta un gran interès degut a la possible presència d’una forta anisotropia elèctrica generalitzada. Els estudis realitzats fins a l’actualitat descriuen l’escorça com anisòtropa, però en utilitzar codis d’inversió isòtrops no han estat capaços de trobar un model que reflecteixi l’estructura que realment presenta. L’objectiu de l’estudi realitzat en aquesta tesi és determinar si realment hi ha materials anisòtrops a la litosfera i, en cas afirmatiu, modelitzar-la utilitzant un codi que tingui en compte aquest efecte. Quan la zona d’estudi és geològicament complexa com en aquests dos casos hi ha aspectes que s’han de considerar quan s’hi volen realitzar estudis magnetotel•lúrics. Així, mentre que l’adquisició i el processat de les dades es poden dur a terme de manera similar a qualsevol altre estudi magnetotel•lúric, l’anàlisi de la dimensionalitat de les dades (és a dir, identificar les estructures dominants a la zona d’estudi com a 1D, 2D o 3D) i l’elecció del tipus de modelització a utilitzar requereixen una avaluació de certs paràmetres que s’han de tenir en compte obligatòriament. En aquesta tesi es tracta aquesta avaluació en dos casos de zones geològicament complexes: quan hi ha presència de materials elèctricament anisòtrops i quan les estructures regionals són tridimensionals.
The magnetotelluric method is a noninvasive natural source geophysical technique that allows the characterization of the electrical resistivity distribution in the subsurface. It can characterize significant contrasts in the electrical resistivity distribution, so it is a useful technique to depict the limits between sedimentary basins and their basements, internal structures within the crust or to identify the Lithosphere-Asthenosphere Boundary (LAB). In this thesis the magnetotelluric method will be used in two different study areas in which the lithospheric structure is under discussion. The first one is the Betic Cordillera (Spain) and is located at the boundary between the Iberian and African plates. Recent studies have proposed several different geodynamic models to explain its lithospheric structure, but none of them takes geoelectrical data into consideration. Due to the good results the magnetotelluric method has shown in other plate boundary study areas and to the already existing data on its central part, new data were collected and the study area was extended to almost the whole Cordillera. Understanding the electrical resistivity distribution at lithospheric scale can help to discriminate between the proposed geodynamic models and to constrain their interpretations. The second study area considered is the Alberta Province (Canada). The characteristics of its lithosphere are different that the ones in the Betic Cordillera, but it is an interesting zone due to the possibility of being affected by a generalized electrical anisotropy. Recent studies describe its crust as anisotropic and are not able to find a model reflecting its real structure. The aim of the survey presented here is to determine if the lithosphere in Alberta is affected or not by electrical anisotropy and in case it is, to carry out a modeling that takes this effect into account. When the study area is geologically complex several considerations need to be taken into account in the magnetotelluric studies performed on it. The dimensionality analysis of the data and the choice of the modeling method require the evaluation of some parameters. This evaluation will be performed in two cases of geologically complex areas: in the presence of electrically anisotropic materials and in the presence of regional 3D structures.

Memoria (licenciado en ciencias jurídicas y sociales)
No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo
El presente trabajo se enfocará en analizar el marco jurídico nacional en relación de los campos electromagnéticos y en particular, la radiación no ionizante. Se pretende explicar con qué mecanismos cuenta nuestra legislación para abordar los temas en donde existe incertidumbre científica y el papel que ha tenido el principio precautorio en este escenario. Todo esto a propósito de la iniciativa legal que promete regular la instalación de estaciones base (antenas) de telefonía móvil

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações
Atualmente os osciladores encontram-se em quase todos os dispositivos eletrónicos. Os sinais produzidos por estes elementos podem ser sinusoidais e servir de portadoras no caso de emissores e recetores de telecomunicações, ou ser ondas quadradas e servir de sinais de temporização em circuitos digitais. O circuito ressonante dos osciladores pode ser derivado de um cristal, que tem um enorme fator de qualidade, ou de um circuito RLC. O trabalho descrito neste relatório incide no estudo, projeto, implementação e teste de circuitos eletrónicos osciladores, sendo dois destes osciladores utilizados na implementação de um dispositivo eletrónico cujo objetivo consiste em estimar a permeabilidade magnética de diferentes materiais. Um dos osciladores, baseado num cristal de quartzo, gera um sinal sinusoidal de referência (de frequência sempre constante). O segundo oscilador, baseado num circuito LC ressonante cuja bobina permite a inserção de diferentes materiais no seu núcleo, gera um sinal de frequência similar à do oscilador de referência, estando a diferença de frequências dependente da permeabilidade magnética da bobina. Para uma melhor compreensão, inserindo na bobina diferentes materiais impõe-se diferentes valores na indutância da bobina do circuito ressonante, fazendo este oscilador variar a sua frequência de oscilação. Um mixer seguido de um filtro passa baixo isola o sinal sinusoidal cuja frequência é a diferença de oscilação dos dois osciladores. Através da medição deste ultimo sinal, recorrendo a um microprocessador para o efeito, pretende-se determinar, assim, uma estimativa da permeabilidade magnética do material inserido no núcleo da referida bobina.
Nowadays, oscillators are in almost all electronic devices. The signals produced by oscillator circuits can be sinusoidal, as used in transmitters and receivers as a carrier, or a square-wave signal, used as timing signals in digital circuits for instance. The resonant frequency of oscillators can be derived from a crystal, which has a high Q-factor, or form a RLC circuit. The work presented in this report focuses on the study, design, implementation and testing of oscillator electronic circuits, being two of these oscillators used in the implementation of an electronic device intended to be capable of estimating the magnetic permeability of distinct materials. One of the oscillators, based on a quartz crystal, generates a reference sinusoidal signal (of constant frequency). The second oscillator, based on a LC resonant circuit whose coil allows the insertion of different materials in its core, generates a signal of similar frequency to that of the reference oscillator, being the frequency difference dependent of the magnetic permeability of the coil. For better understanding, the insertion of different materials in the coil core imposes distinct inductance values of the resonant circuit coil, making this oscillator vary its oscillation frequency). A mixer, followed by a low pass filter, isolates the sinusoidal signal whose frequency is equal to the frequency difference of the two oscillator’s signals. Through the measurement of the frequency of this last signal, resorting to a microprocessor, it is intended to determine an estimate of the magnetic permeability of the material inserted in the referred coil.

Las perturbaciones en la tensión de suministro eléctrico pueden provocar mal funcionamiento o avería en los equipos conectados a la red de distribución. Los eventos de tensión son los más perjudiciales debido a su carácter aleatorio. El desarrollo de equipos de medida y técnicas de procesado de señal que permitan detectar y analizar en tiempo real las perturbaciones no estacionarias es actualmente de gran importancia para poder identificar posibles problemas. En esta tesis doctoral se desarrolla un método nuevo para la detección y análisis on-line y en tiempo real de perturbaciones transitorias en la tensión del suministro eléctrico en redes de distribución de baja tensión. El método que se propone permite detectar cambios repentinos en la forma de onda de la tensión iniciando un proceso de almacenamiento de la perturbación detectada para su posterior análisis. El método desarrollado realiza un muestreo continuo de la señal y compara cada muestra del ciclo adquirido con la muestra correspondiente al ciclo anterior previamente almacenado en memoria como señal de referencia. A la señal diferencia así obtenida se le aplica la transformada wavelet discreta para calcular la energía en distintas bandas de frecuencia. Se realiza una predetección de un evento cuando la señal diferencia sobrepasa un umbral predefinido. En ese caso en función de la magnitud de la energía de las bandas de frecuencia en el ciclo en que se produce la perturbación, se clasifica y se almacena el evento. Se describe un equipo de medida desarrollado, en base al algoritmo propuesto, sus características hardware y software y algunos de los resultados que ha generado al monitorizar una red de distribución de energía eléctrica de baja tensión.
Perturbations in electric power supply can provoke incorrect function or failure in equipment connected to the distribution network. Voltage events are the most detrimental due to their random nature. The development of suitable measurement equipment and signal processing techniques that enable the detection and real-time analysis of these non-stationary perturbations is nowadays of great importance in identifying possible problems. In this doctoral thesis, a novel method is described that enables the detection and then the on-line, real-time analysis of transitory perturbations in the electric supply voltage in low-voltage distribution networks. The method proposed enables the detection of sudden changes in the voltage waveform, which start a process whereby the perturbations detected are stored for later analysis. The method developed performs a continuous sampling of the signal and compares each sample of the cycle with the corresponding sample in the previous cycle stored in memory as a reference. The wavelet transform is applied to the difference signal obtained from comparison in order to calculate the energy in the distinct frequency bands. A pre-detection of the event is carried out when the signal surpasses a predefined threshold. In this case, depending on the magnitude of the energy in the frequency bands of the cycle when the perturbation is produced, the event is classified and stored. The measurement equipment developed is described in terms of; the algorithm proposed, its hardware and software characteristics and some of the results that it generated while monitoring a low-voltage electricity distribution network.

The discrete dipole approximation (DDA) has been successfully applied to many light scattering problems. Simply stated, the DDA is an approximation of the continuum target by a finite array of polarizable points. The points acquire dipole moments in response to thelocal fields. The dipoles of course interact with one another via their electric and magnetic fields, so the DDA is also sometimes referred to as the coupled dipole approximation. As of today, the method has established itself as one of the best solutions to calculate the scattering of radiation by particles of arbitrary shape. Hitherto, however, the main existing implementations include materials with relative magnetic permeability equal to 1 only, which is correct for all materials in the optical frequency range. Nonetheless, materials with unusual optical properties have arisen recently. This includes the possibility of having both electric and magnetic anisotropic properties (bianisotropic materials) in the most general case. The situation where both the real part of the electric permittivity and the magnetic permeability are negative corresponds to what is known as "left-handed materials", or negative index materials (NIM), with unconventional properties such as negative refraction. The treatment of these materials with a method as contrasted as the DDA provides several advantages, apart from possibly being the only method available in many cases. This PhD Thesis has explored nanostructured systems with arbitrary anisotropic optical properties (both electric and magnetic) by means of an Extension of the Discrete Dipole Approximation (E-DDA). During the development of this dissertation, a computational code (E-DDA code) has been implemented, able to produce comparative results with existing DDA codes, obtaining an excellent agreement. After validation, the method was then applied to a wide range of materials and situations, making a special reference to its application to magneto-optical materials (with an antisymmetric electric permittivity tensor) and composite materials. As a summary, the status of the E-DDA code is mature enough to be applied to very different configurations, making it a very useful, flexible and stable computational tool for calculating scattering and absorption of light by irregular particles, including anisotropic materials both electrically and magnetically at the same time in the most general case.
La aproximación de dipolo discreto (o DDA por sus iniciales en inglés) ha sido empleada con éxito en multitud de aplicaciones dentro del ámbito de la difusión de luz. Básicamente consiste en discretizar el blanco difusor en elementos polarizables. Los elementos adquieren momentos dipolares en respuesta a los campos locales. Los dipolos por supuesto interaccionan entre ellos por medio de sus campos eléctricos y magnéticos, por eso a la DDA también se la conoce como aproximación de dipolo acoplado. A día de hoy, el método se afianza como una de las mejores soluciones para calcular la radiación difundida por partículas de forma arbitraria. Hasta ahora, sin embargo, las principales implementaciones existentes sólo incluyen materiales en los que la permeabilidad magnética relativa puede aproximarse por la unidad, lo cual es acertado para todos los materiales en el dominio de las frecuencias del rango óptico. No obstante, últimamente están apareciendo materiales con propiedades ópticas inusuales, como por ejemplo el caso de que algunas de sus constantes ópticas efectivas sean negativas (sus partes reales), o bien que presenten anisotropía tanto para el campo eléctrico como para el magnético (materiales bianisótropos). El caso doble negativo correspondería a lo que se ha venido en llamar “materiales zurdos”, o materiales con índice negativo, con propiedades sorprendentes como la refracción negativa. El tratamiento de estos materiales con un método tan bien contrastado como es el DDA presenta bastantes ventajas, aparte de que en muchos casos puede ser el único método disponible. Esta Tesis Doctoral ha explorado sistemas nanoestructurados con propiedades eléctricas y magnéticas anisótropas por medio de una Extensión de la Aproximación de Dipolo Discreto (E-DDA). Durante el desarrollo de esta tesis, se ha implementado un código computacional (código E-DDA), capaz de producir resultados comparativos con otros códigos DDA existentes, obteniendo un acuerdo excelente. Después de validarse, el método se ha aplicado a un amplio rango de materiales y situaciones, haciendo mención especial a su aplicación a materiales magneto-ópticos (con un tensor de permisividad eléctrica antisimétrico) y materiales compuestos. En resumen, el estado del código desarrollado es suficientemente maduro como para poder aplicarse a muchas configuraciones diferentes, haciendo de él una herramienta computacional útil, flexible y estable para calcular la difusión y absorción de luz por partículas irregulares, incluyendo materiales anisótropos tanto eléctricos como magnéticos en el caso más general.

Desde los primeros estudios desarrollados por S.B. Cohn a finales de los años 60, los resonadores dieléctricos, con factor de calidad elevado, han sido utilizados para el diseño de filtros paso-banda de microondas. A partir de la aparición en los años 70 de materiales dieléctricos con las propiedades eléctricas y estabilidad térmica idónes, los resonadores dieléctricos se convirtieron en elementos clave en numerosos diseños de filtros. De hecho, esta tecnología se encuentra frecuentemente en sistemas de comunicaciones míviles y por satélite debido a sus ventajas en términos de reducción de masa y volumen, bajas pérdidas, y estabilidad térmica. Por todo ello, el análisis y diseño riguroso de este tipo de filtros ha suscitado un gran interés en la literatura técnica. El objetivo principal de esta tesis doctoral es el desarrollo de una técnica modal eficiente para caracterizar el comportamiento electromagnético de cavidades resonantes cargadas con dieléctricos. Para ello, se presenta una nueva formulación de ecuación integral en el espacio de estados basada en el método BI-RME (del inglés, boundary integral-resonant mode expansion). En dicha formulación, para resolver la ecuación integral de volumen planteada, el resonador dieléctrico se caracteriza de manera rigurosa por medio de las densidades de carga y corriente de polarización equivalentes definidas en el volumen del objeto dieléctrico. Siguiendo este método, los modos resonantes de las cavidades se obtienen a través de la solución de un problema lineal de autovalres. Así mismo, se obtiene la matriz generalizada de admitancias de la cavidad resonante cargada con dieléctrico como una expansión en serie de polos en el dominio de la varable de Laplace. De esta manera, la respuesta electromagnética de las cavidades resonantes puede resolverse en un rango amplio de puntos de frecuencia haciendo uso de un reducido esfuerzo computacional, y evitando así, cálculos intensos en cada punto de frecuencia.
Gil Raga, J. (2010). Full-wave analysis and design of passive microwave and millimetre-wave devices based on dielectric-loaded cavity resonators [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7442
Palancia

En este trabajo se realiza un estudio de varias extensiones del método de las diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD) que permiten la simulación electromagnética de estructuras híbridas de microondas, incluyendo circuitos activos y pasivos. En primer lugar, se revisan los métodos lumped-element (LE) -FDTD y lumped-network (LN) -FDTD, los cuales permiten la incorporación de circuitos concentrados de dos terminales dentro del formalismo FDTD. En el caso del método LN-FDTD, se realiza también un estudio de sus propiedades numéricas. A continuación se presenta el método two-port (TP) -LN-FDTD, el cual permite incorporar circuitos lineales concentrados de dos puertas en las estructuras híbridas estudiadas. Este método parte de una descripción del cuadripolo en términos de su matriz admitancia expresada en el dominio de Laplace. La discretización se realiza con la ayuda de la técnica de la transformación de Moebius. Por último, una vez validado, este método se combina con otras técnicas para la simulación distintos tipos de circuitos híbridos de microondas.
In this work, a study of several extensions of the conventional finite difference time domain (FDTD) method is been carried out. These extensions enable the electromagnetic simulation of microwave hybrid structures, including passive and active circuits. First, an exhaustive revision of both the lumped-element (LE) -FDTD and the lumped-network (LN) -FDTD methods is performed. These methods allow us to incorporate two-terminal lumped circuits into the FDTD. In addition, the numerical properties of the LN-FDTD method are studied for the first time. Second, the two-port (TP)-LN-FDTD is presented. This method enables the incorporation of linear two-port lumped circuits into the studied hybrid structures. This technique basically consists of describing a TP-LN by means of its admittance matrix in the Laplace domain. Then, by applying the Mobius transformation technique, we obtain the discretized admittance matrix. Finally, this method is combined with other existing techniques to allow the simulation of several microwave hybrid circuits.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias, Mención Geofísica
El sistema geotermal El Tatio - La Torta se ubica en la región de Antofagasta, Chile. Se encuentra a una elevación de 4200 a 4300 m.s.n.m y es uno de los campos de geyseres más grandes del hemisferio sur con más de 110 manifestaciones termales conocidas. Se sitúa en el Complejo Volcánico del Altiplano Puna (APVC) el cual, a través de evidencias geofísicas de sísmica y magnetotelúrica (MT), se propone que alberga un cuerpo magmático de escala regional. La zona de estudio se encuentra sobre una serie de rocas volcánicas que provienen de erupciones locales datadas desde el Mioceno y que, durante periodos de inactividad local, actúan procesos erosivos y depositación de materiales de fuentes lejanas como ignimbritas. Estudios geológicos indican que el evento volcánico local más reciente (Pleistoceno-Holoceno) se ha dado en el domo La Torta. Desde 1921 se han realizado diversos estudios geológicos y geofísicos en la zona, sin embargo la caracterización y funcionamiento del sistema geotermal El Tatio - La Torta aún no es clara, por lo que el presente trabajo se realiza para tener un mayor entendimiento y es desarrollado con el apoyo del Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (CEGA) utilizando mediciones de MT que fueron medidas durante el año 2017, abarcando el campo de geyseres de El Tatio y el domo La Torta que se encuentran separados 10 km aproximadamente. Estos datos fueron modelados a través de una inversión de datos con el algoritmo ModEM y los resultados fueron analizados con datos de litología y temperatura de pozos presente en la zona y comparados con datos geofísicos de gravedad, aeromagnetismo y MT realizado anteriormente. El modelo de MT obtenido muestra que en el campo de geyseres de El Tatio existe la presencia de conductores someros asociados con zonas impermeables y otros, a mayor profundidad, relacionados con presencia de sales, alteración hidrotermal o precipitación de otros minerales. A unos 20 km al noreste de El Tatio se encuentra otro conductor en profundidad asociado con la caldera volcánica Laguna Colorada, que se ha evidenciado en estudios anteriores de MT. Además, colindando hacia el lado este del campo de geyseres se encuentra el Cerro Volcán donde existe un conductor en profundidad asociado a la presencia de manifestaciones geotermales que no habían sido documentadas hasta el momento. También se observan estructuras resistivas de importancia como es el domo Copacoya, el cual se encuentra adyacente al campo de geyseres (hacia el oeste), actuando como una barrera geológica que no permite que aguas subterráneas fluyan hacia el oeste, por lo que deben hacerlo hacia arriba, ocurriendo manifestaciones geotermales en superficie. Finalmente, al sureste de El Tatio, se encuentra el domo La Torta con la presencia de un resistivo en profundidad asociado a un intrusivo a alta temperatura que sería la zona caliente del sistema geotermal.

A numerical approach to including electromagnetism with general relativity is developed using GRAXI as a starting point. We develop a mathematical model describing electromagnetism coupled to a scalar field in an evolving axisymmetric spacetime. As there are numerous formulations of electromagnetism, we evalute different formulations in a limited flat space case. The full curved space system is then developed, using the flat case as a guide to implementing electromagnetism. This model is then implemented using GRAXI as a code base.

La simulación de problemas electromagnéticos juega un papel crucial en el análisis y diseño de multitud de estructuras. Por este motivo, han surgido multitud de técnicas que permiten extender el rango de aplicabilidad de las técnicas tradicionales. En esta tesis, se toma como punto de partida de las técnicas de descomposición clásicas las cuales muestran a menudo problemas de convergencia.Con el objetivo de esquivar los problemas de convergencia, se considera posteriormente el denominado Método de las Funciones Base Características. En este algoritmo se genera un nuevo conjunto de funciones base que permiten un modelado eficiente de las corrientes. De este modo, la matriz resultante es de dimensiones más reducidas permitiendo el análisis de una mayor variedad de problemas dado el menor consumo de memoria. De cara a mejorar la eficiencia temporal, se estudian diversas técnicas que permiten el cálculo rápido de los términos de reacción.El Método de las Funciones Base Características es notablemente extendido mediante una versión multinivel que permite alcanzar tasas de compresión elevadas. Como ejemplo de aplicación, se demuestra el potencial del método para la síntesis de agrupaciones en entornos complejos.Finalmente, dadas las posibilidades que demuestra esta nueva metodología, se estudia una aplicación de la misma en otros ámbitos. En particular se aplica al análisis de estructuras mediante ondas esféricas, obteniendo resultados muy favorables en cuanto a precisión y reducción de incógnitas.

Hasta la fecha las aplicaciones comerciales de microondas principalmente vienen utilizando filtros en guía de onda metálicos. Estos filtros tienen unas pérfidas de inserción muy reducidas en la banda de paso y sus costes de fabricación se consideran aceptables para las aplicaciones que los utilizan. Sin embargo, los filtros metálicos tienen restricciones significativas, especialmente cuando se diseñan para satélites de comunicaciones u otras aplicaciones espaciales, ya que su peso y tamaño suelen ser elevados muy a menudo y, debido a la falta de atmósfera, el efecto Multipactor limita considerablemente la potencia que dichos filtros pueden transmitir. Existen nuevas topologías de filtros en plano-H con resonadores dieléctricos que pueden reducir de manera notable el riesgo de ruptura por el efecto Multipactor entre las superficies metálicas, y consecuentemente el filtro podría transmitir una potencia mayor. Además, introducir dieléctricos en los filtros puede reducir su volumen y peso hasta la mitad del de los filtros metálicos; los dieléctricos también aumentan la estabilidad térmica de los filtros en aplicaciones de alta potencia; y algunas topologías (como los filtros de modo evanescente con dieléctricos) pueden mejorar notablemente el ancho de banda libre de espúrios. El objetivo general de esta Tesis es el desarrollo de una herramienta para el análisis de estas tipologías. La estrategia con la que se analiza el dispositivo consiste en dividirlo en bloques constitutivo simples; guías de onda vacías, discontinuidades entre guías y secciones de guías conteniendo poste metálico o dieléctrico. La matriz de dispersión generalizada (MDG) de cada poste se obtiene utilizando un método de análisis adecuado, y entonces todas las matrices se enlazan con una nueva y eficiente técnica iteractiva que proporciona la MDG global de toda la estructura. El análisis de las secciones vacías y de las discontinuidades entre guías está descrito sobradamente en la bibliografía, así pues la Tesis se centra en el análisis de las secciones de guía de onda que contienen los postes dieléctricos o metálicos, desarrollando una nueva técnica, precisa y eficiente, para el análisis de obstáculos cilíndricos en plano-H inmersos en una guía de onda rectangular. Este método se basa en un procedimiento de acoplo modal que adapta ondas de espacio abierto y ondas guiadas en un contorno circular que incluye las geometrías no canónicas. Puesto que el campo alrededor de los obstáculos se expande utilizando modos cilíndricos de espacio abierto, se puede obtener una solución completamente analítica y muy eficiente. Esta técnica se puede extender fácilmente a obstáculos en plano-H con geometrías arbitrarias utilizando un método numérico para caracterizar el obstáculo en términos de modos cilíndricos, esto conlleva una reducción significativa de la eficiencia numérica. Estas técnicas innovadoras se han utilizado para el análisis y diseño de varios filtros novedosos en plano-H, que se presentan en esta Tesis, con diferentes topologías que incluyen cilindros dieléctricos centrados y descentrados, así como dobles cilíndros dieléctricos. El comportamiento de estos filtros en términos de respuesta en frecuencia, ancho de banda libre de espurios y potencia transmitida sin riesgo de ruptura por efecto Multipactor, se ha evaluado con la herramienta de análisis y, en algunos casos, también con medidas hechas en filtros fabricados expresamente.
Bachiller Martín, MDC. (2010). Métodos híbridos para el análisis y diseño eficiente de filtros avanzados para sistemas de comunicaciones espaciales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8657
Palancia

El objetivo de esta tesis se centra en extender el tratamiento circuital característico de los problemas cerrados al análisis de problemas abiertos. Las ventajas que se derivan de tal extensión son las mismas que encontramos en un problema cerrado: la sistematicidad en el tratamiento de los problemas, la facilidad para combinar distintas técnicas y el poder disponer de una caracterización unitaria de cada estructura e independiente de la excitación aplicada. Para ello se emplea la matriz de admitancias generalizadas como vehículo de conexión entre problemas que han sido analizados con diversas técnicas
Valero Nogueira, A. (1997). Resolución de problemas electromagnéticos complejos mediante análisis circuital generalizado [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/5949
Palancia

[EN] Thesis exposition and summary. This thesis focuses on giving light to the current state of traditional numerical methods, the constraints we face, and the different solutions that are being proposed for the simulation of the electromagnetic behaviour of different materials as electrical conductors in transmission lines and grounding facilities, based on the formulation that defines the Electromagnetic Field Theory (Maxwell Laws), and the different conditions of each particular problem to solve. The main aim of the thesis is to investigate the application of numerical techniques very recently applied, known as the Proper Generalized Decomposition (PGD). Based on a novel technique of decomposition of multidimensional variables (such as in electromagnetic field) in a sum of products (modes) of one-dimensional variables, and using iterative algorithms, PGD can address with a reduced need for computational media, complex problems whose solution requires extraordinary means using traditional techniques. These new techniques have been successfully applied in other domains, such as the simulation of mechanical components and materials science. The aim of this thesis is the application of these new techniques to the simulation of electromagnetic phenomena in the different elements designed for the use of electricity. The thesis focuses on the development of modelling power transmission conductor energy and grounding networks, basic structures in electrical technology but serve to analyze and observe in detail, as well as to validate with traditional methods of proven reliability, the great potential of PGD, leaving open the application of the technique to technically complex as transformers and rotating machines in future works of the Electrical Equipment, Systems and Facilities Research Group (ISEE) of the Polytechnic University of Valencia (UPV). The main novelties of the thesis on previous work are part of the objectives, and are as follows: -Optimization on PGD technique. In this thesis has been chosen by an application of PGD with maximum decomposition in elementary functions, i.e., modes will be considered consisting of products of functions exclusively one-dimensional (x, y, z, t, frequency, etc.), then discretized with uniform dimensional meshes. This will lead us to obtain simple codes, which require easy deployment and reduced computational resources. -Applications of PGD to electromagnetism field, since the vast majority of references that can be found in the application of PGD concern the field of mechanics and materials. This work aims to use advances made in these fields, and apply to the field of electromagnetism, where only very few works have been published in recent years, with the aim of contributing to further open a new front in the development and application of technology that allows to overcome the limitations and problems that far presented with traditional techniques resolution.
[ES] Planteamiento y resumen de la tesis doctoral. La presente tesis se centra en dar luz al estado actual de los métodos numéricos tradicionales, las limitaciones a las que nos enfrentamos, y las diferentes soluciones que se están planteando para la simulación del comportamiento electromagnético de diferentes materiales como conductores eléctricos en líneas de transmisión e instalaciones de puesta a tierra, basándose en la formulación que define la Teoría de Campos Electromagnéticos (Leyes de Maxwell), y las diferentes condiciones de cada problema particular a resolver. El objetivo principal de la tesis es el investigar la aplicación de técnicas numéricas de muy reciente aplicación, conocidas como la Descomposición Propia Generalizada (Proper Generalized Decomposition PGD). Basándose en una técnica novedosa de descomposición de las variables multidimensionales (como en el campo electromagnético) en una suma de productos (modos) de variables unidimensionales, y mediante algoritmos iterativos, la PGD permite abordar, con una reducida necesidad de medios computacionales, problemas complejos cuya solución requiere medios extraordinarios empleando las técnicas tradicionales. Estas nuevas técnicas han sido aplicadas con éxito en otros dominios, como el de la simulación de elementos mecánicos y en ciencia de los materiales. El objetivo de la presente tesis es precisamente el de la aplicación de estas novedosas técnicas a la simulación de fenómenos electromagnéticos en los diferentes elementos diseñados para la utilización de la energía eléctrica. La tesis se centra en el desarrollo de la modelización de conductores de transmisión de energía eléctricas y redes de puesta a tierra, estructuras básicas en la tecnología eléctrica pero que sirven para analizar y observar con detalle además de validar con métodos tradicionales, de demostrada fiabilidad, el gran potencial de la PGD, dejando abierta la aplicación de la técnica a elementos técnicamente más complejos como transformadores y máquinas rotativas en futuros trabajos del Grupo de Investigación de Instalaciones, Sistemas y Equipos Eléctricos (ISEE) de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV). Las principales novedades que aporta la tesis sobre trabajos realizados anteriormente son parte de los objetivos que persigue, y son las siguientes: - Optimización de la técnica de la PGD. En la presente tesis se ha optado por una aplicación de la PGD con la máxima descomposición posible en funciones elementales, es decir, los modos se considerarán formados por productos de funciones exclusivamente unidimensionales (x, y, z, t, frecuencia, etc.), discretizadas posteriormente con mallas unidimensionales uniformes. Esto nos llevará a obtener códigos simples, de sencilla implementación y que necesitarán de reducidos recursos computacionales. - Aplicación de la PGD al campo del Electromagnetismo, ya que la gran mayoría de las referencias que se pueden encontrar en la aplicación de la PGD se refieren al campo de la mecánica y los materiales. Este trabajo pretende utilizar avances logrados en esos campos, y aplicarlos al campo del electromagnetismo, donde sólo muy pocos trabajos han sido publicados en los últimos años, con el objetivo de contribuir a seguir abriendo un nuevo frente en el desarrollo y aplicación de la técnica, que permita vencer las limitaciones y problemas que hasta el momento se presentan con las técnicas de resolución tradicionales.
[CAT] Plantejament i resum de la tesi doctoral. La present tesi se centra a donar llum a l'estat actual dels mètodes numèrics tradicionals, les limitacions a què ens enfrontem, i les diferents sol¿lucions que s'estan plantejant per a la simulació del comportament electromagnètic de diversos materials com a conductors elèctrics en linies de transmissió i instal¿lacions d'enclavament a terra, basant-se en la formulació que defineix la Teoria de Camps Electromagnètics (Lleis de Maxwell) , i les diferents condicions de cada problema particular a resoldre. L'objectiu principal de la tesi és investigar l'aplicació de tècniques numèriques de molt recent aplicació, conegudes com la Descomposició Pròpia Generalitzada (Proper Generalized Decomposition PGD). Basant-se en una tècnica nova de descomposició de les variables multidimensionales (com en el camp electromagnètic) en una suma de productes (modes) de variables unidimensionals, i per mitjà d'algoritmes iteratius. La PGD permet abordar, amb una reduïda necessitat de mitjans computacionals, problemes complexos la sol¿lució de la qual requereix mitjans extraordinaris emprant les tècniques tradicionals. Tals tècniques han sigut aplicades amb èxit en altres dominis, com el de la simulació d'elements mecànics i en ciència dels materials. L'objectiu de la present tesi és precisament el de l'aplicació d'estes noves tècniques a la simulació de fenòmens electromagnètics en els diversos elements dissenyats per a l'utilització de l'energia elèctrica. La tesi es centra en el desenrotllament de la modelització de conductors de transmissió d'energia eléctrica i xarxes d'enclavament a terra, estructures bàsiques en la tecnologia elèctrica però que serveixen per a analitzar i observar amb detall a més de validar amb mètodes tradicionals, de demostrada fiabilitat, el gran potencial de la PGD, deixant oberta l'aplicació de la tècnica a elements tècnicament més complexos com a transformadors i màquines rotatives en futures treballs del Grup d'Investigació d'Instal¿lacions, Sistemes i Equips Elèctrics (ISEE) de la Universitat Politècnica de València (UPV). Les principals novetats que aporta la tesi sobre treballs realitzats anteriorment són part dels objectius que persegueix, i són les següents: -Optimització de la tècnica de la PGD. En la present tesi s'ha optat per una aplicació de la PGD amb la màxima descomposició possible en funcions elementals, és a dir, els modes es consideraran formats per productes de funcions exclusivament unidimensionals (x, y, z, t, freqüència, etc.), discretizadas amb malles unidimensionals uniformes. Açò ens portarà a obtindre còdics simples, de senzilla implementació i que necessitaran de reduïts recursos computacionals. -Aplicació de la PGD al camp de l'Electromagnetisme, ja que la gran majoria de les referències que es poden trobar en l'aplicació de la PGD es refereixen al camp de la mecànica i els materials. Este treball pretén utilitzar avanços aconseguits en esses camps, i aplicar-los al camp de l'electromagnetisme, on només molt pocs treballs han sigut publicats en els últims anys, amb l'objectiu de contribuir a continuar obrint un nou front en el desentrollament i aplicació de la tècnica, que permeta véncer les limitacions i problemes que fins al moment es presenten amb les tècniques de resol¿lució tradicionals.
Lázaro García, J. (2016). Contribución al cálculo de elementos en instalaciones eléctricas mediante PGD (Proper Generalized Decomposition) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61966
TESIS

Es esta tesis se ha estudiado el comportamiento de las interacciones magnéticas en sistemas nanoparticulados de Fe disueltos en matriz diamagnética y metálica (concretamente Au, Ag y Cu) en forma de película delgada (espesor menor de 300 nm) con una baja concentración de Fe. La aleaciones fueron depositadas mediante la técnica "DC-magnetron sputtering", produciendo muestras de alta calidad: altamente repetitivas y homogéneas. Para caracterizar dichas películas se han utilizados diversas técnicas, tanto estructurales (difracción de rayos X, microscopía electrónica de transmisión, espectroscopía de dispersión de rayos X, medidas de transporte eléctrico variando tanto la temperatura como el campo magnético aplicado) como magnéticas mediante un magnetómetro SQUID (ciclos de histéresis a distintas temperaturas, procesos de enfiamento sin y con campo (ZFC/FC) y susceptibilidad con campo magnético alterno) y con dicroísmo circular magnético de rayos X en los bordes de absorción L2,3 del Au. En nuestro estudio en concreto, los resultados obtenidos han sido sorprendentes por dos motivos. El primero es la gran cantidad de interacciones existentes pese a la dilución (del orden del 10% at. en Fe), observando ciclos de histéresis a temperatura ambiente. Este comportamiento no había sido observado previamente en la literatura, remarcando la importancia de la nanoestructura, destruyendo la fase superparamagnética. El segundo resultado fuera de lo común es la obtención de fases tipo vidrio de espín en sistemas que clásicamente no lo admitian debido a su fuerte comportamiento kondo, como son las aleaciones de FeCu y FeAg. La existencia de nanopartículas magnéticas permite rodear este problema.

Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicações
The present work aims to continue the study of memory devices, initiated with the prediction of the existence of memristors by Leon Chua in 1971, with the study and characterization of memcapacitors as a semiconductor two-terminal device, characterized by the non-linear relation between charge and voltage, which also present the ability to remember the voltage or charge that passes through the device, graphically represented by a graphic with hysteresis characteristics, also presenting a variable capacitance in function of the charge applied in its terminals. Here, a characterizationof the response functions to a sinusoidal periodic input with variable frequency to three mathematical models of memcapacitive systems is performed: given a memcapacitor in series with an ac input voltage source, the respective hysteresis charge-voltage plots are studied by simulations in the MATLAB environment. Next, a classification of the hysteresis plots in function of its geometry is performed, given that the crossing of such graph in the (0.0) point defines it as a type I or type II hysteresis loop. The analysis continues with the morphological identification of the area of the hysteresis curve of the first model, by varying amplitude and frequency of the input source, in such a way to compare the other models with the ideal one, as well as to take the critical frequencis from which the memcapacitance becomes constant, and thus the system becomes linear, by making the hysteresis curve to become a straight line. The area of the first model was taken by calculations with the Green theorem.
O presente trabalho propõe-se a continuar o estudo dos dispositivos de memória, iniciado com a predição dos memristors por Leon Chua em 1971, por meio do estudo e caracterização dos memcapacitores como dispositivos semicondutores de dois terminais, caracterizados pela relação não linear entre carga e tensão, que apresentam capacidade de recordar a tensão ou corrente que passa pelo dispositivo, graficamente representado em forma de um gráfico com características de histerese, aprensentando também capacitância variável em função da carga aplicada em seus terminais. Aqui, uma caracterização das funções de resposta a uma entrada periódica sinusoidal com frequência variável, para três modelos matemáticos de sistemas memcapacitivos, é realizada: dado um memcapacitor em série com uma tensão de entrada ac, estuda-se as respectivas funções de histerese carga-tensão por meio de simulação em MATLAB. Em seguida, é realizada uma classificação das curvas de histerese em função da sua geometria, em que a passagem do gráfico no ponto (0,0), de origem dos planos, o define como tipo I ou tipo II. A análise prossegue com a identificação morfológica da área das curvas de histerese obtidas dos primeiro modelo teóricos em causa, variando-se, para isso, amplitude e frequência de entradas, de modo a se comparar os outros dois modelos restantes com este modelo ideal, ao mesmo tempo em que se deseja obter as frequências críticas de cada modelo, ou seja, as frequências e amplitudes a partir das quais a memcapacitância torna-se constante, e o sistema em causa, linear, fazendo então a curva de histerese degenerar para uma reta. A área do primeiro modelo foi calculada através de um algoritmo que calcula a área da curva por meio do Teorema de Green.

Les etudes presentees ici concernent la diffraction d'une onde harmonique par un obstacle bidimensionnel revetu d'une couche mince d'un materiau composite, lorsque la longueur d'onde reste grande vis a vis de l'epaisseur de la couche. Afin de pallier aux problemes lies a la modelisation numerique du revetement, nous proposons de simuler celui-ci par une condition aux limites equivalente (c. L. E. ) que nous donnons a l'ordre 1 et a l'ordre 2. Dans la premiere partie, nous posons le probleme de facon mathematique et numerique et presentons la methode de resolution choisie (ceci, pour simplifier, dans le cas d'un obstacle sans revetement). Cette derniere est basee sur une methode iterative dans des sous-espaces de krylov, la methode gmres lineaire. Nous etudions en particulier une serie de preconditionneurs pour cette methode visant a accelerer la convergence de notre solveur. Dans la deuxieme partie, nous presentons une approche basee sur une methode de decomposition de domaines pour etablir une c. L. E. D'ordre 1 sur une frontiere artificielle proche de l'obstacle. Les resultats des diverses experiences numeriques alors presentees demontrent la precision et l'efficacite de la c. L. E. Obtenue. Ils permettent ainsi de valider la methode proposee. Dans la troisieme partie, nous montrons comment etablir une c. L. E. D'ordre 2 simulant les effets du revetement d'un obstacle circulaire. La methode presentee ici s'appuie sur des techniques d'homogeneisation. Le principe de base est de considerer que la solution du probleme peut etre approchee par un developpement asymptotique d'ordre 2 dont chacun des termes est fonction de deux types de variables: une microscopique et une macroscopique. La aussi, tous les resultats numeriques obtenus ont revele un excellent comportement de la c. L. E. Etablie

Las antenas de tipo reflectarray han despertado interés en aplicaciones como las comunicaciones por satélite, lo que justifica el esfuerzo por desarrollar técnicas para su diseño. Esta tesis aborda los dos aspectos de este problema: la solución de la síntesis de fase que proporcione la respuesta buscada en el diagrama de radiación, y el diseño de los elementos que componen el reflectarray que deberán sintetizar la distribución de fases mencionada. Se han analizado distintos métodos heurísticos para resolver la síntesis de fase y los estudios paramétricos demuestran que, para el problema que aquí se trata, hay dos métodos sensiblemente más eficaces: la optimización con enjambre de partículas y el recocido simulado. El problema de análisis y diseño de los elementos que componen el reflectarray se ha abordado mediante un método de análisis electromagnético basado en el gradiente conjugado en combinación con la FFT. Se han propuesto modificaciones de las estructuras tradicionales tales como las anillas concéntricas, las estructuras evolutivas parche-anillo o las estructuras híbridas anillo-parche. Se ha realizado el diseño y medida de varios prototipos con objeto de comprobar experimentalmente el correcto funcionamiento del proceso de diseño y de las geometrías estudiadas.
The reflectarray antennas have attracted interest in applications such as satellite communications. This justifies the effort in the development of techniques for their design. This thesis approaches the two different issues of the problem: the solution of phase synthesis to obtain the desired radiation pattern, and the design of the reflectarray elements to synthesize the required phase distribution. Different heuristic methods to solve the phase synthesis have been analyzed and parametric studies have been carried out, making it possible to demonstrate that, for the problem at hand, there are two methods more efficient: Particle Swarm Optimization and Simulated Annealing. The problem concerning the analysis and design of the reflectarray elements has been addressed by an electromagnetic analysis method based on the Conjugate Gradient algorithm in combination with the FFT. Some modifications of classic structures have been proposed such as the concentric rings, evolutionary patch-ring structures or ring-patch hybrid structures. The design and measurement of several prototypes has been carried out in order to check experimentally the proper operation of the design process and the geometries studied.

Introduite récemment par Hughes et ses collaborateurs, l’analyse isogéométrique connaît un large succès pour des problèmes principalement industriels. L’idée est de faciliter la communication entre la C. A. O et la simulation numérique, sans avoir à repasser à chaque fois par des mailleurs. Ainsi, les fonctions définissants la géométrie sont utilisées pour approcher les solutions des équations à dérivées partielles. L’application aux problèmes issues de l’électromagnétisme ont été motivé par les travaux de Buffa et ses collaborateurs à Pavie. Dans cette thèse, nous avons appliqué cette méthode pour résoudre des problèmes issues de la physique des plasmas. S’il est vrai que la géométrie n’est pas définie, l’analyse isogéométrique dans sa version isoparamétrique, nous fournit un outil très puissant pour approcher les domaines de calculs. Dans un plasma, ce domaine est défini par la résolution d’un problème d’équilibre (MHD equilibrium). A partir de là, différents modèles sont utilisés pour décrire le plasma: cinétiques (gyrocinétique) ou fluides. Nous avons passé en revue les méthodes les plus classiques et plus utilisées afin de révéler l’intérêt de la méthode. Se basant sur la structure de produit tensoriel, nous avons développé des solveurs rapides pour la résolution de certains problèmes. Nous avons aussi dérivé un solveur, se basant sur les complexes de Hilbert, pour les équations de Maxwell en ”time domain”
The underlying idea behind the IsoGeometric Analysis (IGA), developed recently by Hughes et al, is to use the functions (B-splines/NURBS) that describe the geometry in order to approach the numerical solution of pdes. This reduces the communication between C. A. D system and numerical solvers, and thus is well adapted for industrial problems. The application to Maxwell’s equations was recently motivated by the works of Buffa et al. In this thesis, we apply this new method to solve problems arising from plasmas physics. Even if, in the general case, the geometry is not defined, the IsoGeometric Analysis gives a powerful tool to approach computational domains, and thus can be used in its isoparametric version. In a plasma, this domain can be defined by using an equilibrium problem (MHD equilibrium). Therefor, we can use common models to describe the plasma; this can be done using kinetic (gyrokinetic) or fluid approach. We have adapted the most classical methods using the IGA approach in order to reveal its interest. We were also able to derive some fast solver, based on the tensor product structure. We have also studied Maxwell’s equations for the time domaine problem, and gave a new fast algorithm for its resolution based on Hilbert complexes

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
As técnicas eletromagnéticas de inspeção têm se destacado como as únicas com potencial de determinar, de forma não invasiva, a tensão mecânica nos arames de sustentação dos risers flexíveis. Como o duto flexível é uma estrutura complexa, constituída por várias camadas de aço e de termopl ástico, as técnicas tradicionais de inspeção não são aplicáveis. Alguns métodos magnéticos são capazes de penetrar a camada polimérica externa do riser, porém ainda apresentam limitações e dificuldade na interpretação dos resultados. Não existe hoje, seja no mercado mundial de serviços ou nos diversos grupos de pesquisas que têm se dedicado a este tema, uma solução confiável e definitiva para este problema. O presente trabalho estuda como as diferentes técnicas baseadas em eletromagnetismo podem ser aplicadas na inspeção ou monitoramento da integridade de risers flexíveis. Experimentos e simulações são utilizados para discutir as vantagens e os problemas de cada técnica. Além dos métodos puramente magnéticos estudados, é proposta a aplicação inédita da técnica de ressonância magnetoacústica, também chamada EMAR (Electro Magnetic Acoustic Resonance). Esta técnica gera ondas ultrassônicas no arame através de transdutores eletromagnéticos (EMAT) e é capaz de estimar a tensão mecânica usando as frequências das ressonâncias acústicas. Um novo modelo teórico é proposto para descrever a curva do espectro de ressonâncias acústicas produzidas com EMAR. Anteriormente, estes espectros eram modelados por uma função Lorentziana. Experimentos demonstram que o modelo proposto é significativamente superior, sendo capaz de explicar diversas características dos espectros obtidos. Resultados experimentais mostram a viabilidade do EMAR para estimar a tensão mecânica dos arames, mesmo através da capa, em determinadas circunst âncias. São discutidas as limitações da técnica, casos de uso possíveis e ainda os desenvolvimentos necessários para sua efetiva utilização em campo.
The only inspection techniques that have shown potential to determine, in a non-intrusive fashion, the mechanical stress on armour wires of flexible risers are the electromagnetic-based ones. Because the flexible pipeline is a complex multilayered structure of steel and thermoplastics, traditional inspection techniques cannot be used. Some electromagnetic methods are known to be able to run through the outer polymeric layer to sense the wires but the obtained data are very difficult to interpret. To date there is still no reliable and definitive solution to this problem, neither in the market nor in research groups. This present work analyses how the different electromagnetic techniques can be employed on inspection or monitoring of riser integrity. Experiments and simulations are used to discuss the advantages and limitations of each technique. Besides the purely electromagnetic methods, a novel solution is proposed based on electromagnetic acoustic resonance (EMAR). This technique produces ultrasonic waves on the wire using electromagnetic transducers (EMAT) and is able to estimate the mechanical stress by measuring the frequency of the acoustic resonances. A new line shape calculation is proposed to the acoustic resonances of EMAR. Previously, the spectral data was fitted by a Lorentzian function. The new function is shown to be significantly superior, explaining features of the spectrum not previously described and achieving much better agreement with experimental data. Experiments with flexible pipelines show the viability of using EMAR to estimate the mechanical stress of the wires, even through the outer sheath in some circunstances. The limitations of this technique are discussed, along with possible forms of usage and the pending developments for its effective deployment on the field.

This thesis considers aspects of nonlinear electromagnetism and the eects of spin under the in uence of extreme elds. Born-Infeld-like theories are studied in the context of possible slow light experiments. Maximum amplitude plasma waves are considered as a possible testing ground for nonlinear electrodynamics with regards to electron energy gain. Finally the eects of the coupling between the electromagnetic eld and the spin of a relativistic classical particle are considered via a new derivation of the relativistic Stern-Gerlach and Thomas- Bargmann-Michel-Telegdi equations. These equations are then paired with the Nakano-Tulczyjew condition and, as the Stern-Gerlach-type terms in the equations of motion are most prominent in a eld with a high eld gradient, the impact of spin is investigated in the context of a maximum amplitude plasma wave.