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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
FÍSICA (33144010001P7)
Descrição unificada da dinâmica de sólitons eletrostáticos e equações de estado não adiabáticas em plasmas
MONA HEGEL BENETTI
TESE
09/05/2022

Nesse trabalho buscamos investigar plasmas caracterizados por diferentes distribui¸c˜oes de densidade: Boltzmann, Thomas-Fermi, Kappa e Tsallis. Inicialmente, modificamos a equa¸c˜ao do campo eletrost´atico, ou seja, a equa¸c˜ao de Poisson, em rela¸c˜ao ao tipo de distribui¸c˜ao de densidade. Como resultado obtivemos uma descri¸c˜ao unificada dos s´olitons eletrost´aticos a partir de uma generaliza¸c˜ao da equa¸c˜ao Korteweg-de Vrie (KdV). Nosso formalismo demonstra que, independentemente do tipo de distribui¸c˜ao de densidade das part´ıculas em um plasma, ´e poss´ıvel construir a equa¸c˜ao de KdV, via m´etodo redutivo perturbativo, desde que estejamos no referencial adequado dado pelo n´umero de Mach cr´ıtico e seja feita a normaliza¸c˜ao do potencial eletrost´atico em termos da escala de energia correta, relacionada a cada distribui¸c˜ao. Como aplica¸c˜ao dessa abordagem, demonstramos como a t´ecnica redutiva perturbativa deixa de ser v´alida para o intervalo 3/2 < κ ≤ 5/2 - onde κ ´e o ´ındice que descreve os el´etrons suprat´ermicos na distribui¸c˜ao Kappa - o que contrasta com resultados obtidos na literatura. Tamb´em caracterizamos os referenciais adequados que validam o m´etodo redutivo perturbativo para cada distribui¸c˜ao, obtendo assim o referencial subsˆonico para a distribui¸c˜ao de Thomas-Fermi, sˆonico para distribui¸c˜ao de Boltzmann e supersˆonico paras as distribui¸c˜oes n˜ao extensivas Kappa e Tsallis. Em seguida, modificamos o termo de press˜ao da equa¸c˜ao de momento de um plasma morno em fun¸c˜ao das distribui¸c˜oes Kappa e Tsallis para se obter equa¸c˜oes de estado n˜ao adiab´aticas. Como resultado mostramos como os ventos solares na magnetopausa terrestre s˜ao corretamente descritos por essas equa¸c˜oes de estado. Al´em disso, constru´ımos uma generaliza¸c˜ao suprat´ermica da rela¸c˜ao de dispers˜ao de Bohm-Gross que descreve as ondas de Langmuir; mostramos que, quando o ´ındice κ se aproxima de 3.03 ± 0.11 e 2.03 ± 0.06, os coeficientes de determina¸c˜ao para os dados de dispers˜ao de van Hoven e Derfler & Simonen ficam em torno de 0, 94 e 0, 85, respectivamente, valores esses que s˜ao extremamente satisfat´orios. Por fim, desenvolvemos um mapa de parˆametros suprat´ermicos em n˜ao extensivos, em regime adiab´atico, via dispers˜ao de Bohm-Gross.

Sólitons;Ondas não lineares;Distribulção Kappa;Distribuição de Tsallis;Distribuição de Thomas-Fermi;Equação de Estado
In this work we seek to investigate plasmas characterized by different density distributions: Boltzmann, Thomas-Fermi, Kappa and Tsallis. Initially, we modified the electrostatic field equation, that is, the Poisson equation, in relation to the type of density distribution. As a result, we obtained a unified description of electrostatic solitons from a generalization of the Korteweg-de Vries equation (KdV). Our formalism demonstrates that, regardless of the type of density distribution of particles in a plasma, it is possible to construct the KdV equation, via a perturbative reductive method, as long as we are in the proper frame given by the critical Mach number and we proceed to the normalization of the electrostatic potential in terms of the correct energy scale, related to each distribution. As an application of this approach, we demonstrate how the perturbative reductive technique is no longer valid for the interval 3/2 < κ ≤ 5/2 - where κ is the index that describes the suprathermal electrons in the Kappa distribution - which contrasts with results obtained in the literature. We also characterize the appropriate frameworks that validate the perturbative reductive method for each distribution, thus obtaining the subsonic framework for the Thomas-Fermi distribution, the sonic framework for the Boltzmann distribution and supersonic frameworks for the non-extensive Kappa and Tsallis distributions. Next, we modify the pressure term of the momentum equation of a warm plasma as a function of the Kappa and Tsallis distributions to obtain non-adiabatic equations ofstate. As a result, we show how the solar wind in the Earth’s magnetopause is correctly described by these equations of state. Subsequently we construct a generalization of the Bohm-Gross dispersion relation that describes the Langmuir waves; we show that when the κ index approaches 3.03±0.11 e 2.03±0.06, the coefficients of determination for the well-known van Hoven and Derfler & Simonen dispersion data lie around 0.94 and 0, 85, respectively, values that are extremely satisfactory. Finally we created a map of suprathermal parameters onto non-extensive, in adiabatic regime, via Bohm-Gross dispersion.
Solitons;Nonlinear waves;Kappa distribution;Tsallis nonextensive distribution;Thomas-Fermi distribution;Equation of State
1
180
PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC
O trabalho possui divulgação autorizada
FIS-2022 - Monã Hegel Benetti.pdf

Contexto

FÍSICA
FÍSICA DE PARTÍCULAS E CAMPOS
-

Banca Examinadora

FRANCISCO EUGENIO MENDONCA DA SILVEIRA
DOCENTE - COLABORADOR
Sim
Nome Categoria
MAURICIO RICHARTZ Docente - PERMANENTE
ZWINGLIO DE OLIVEIRA GUIMARAES FILHO Participante Externo
ANTONIO MARCOS BATISTA Participante Externo
OLEXANDR ZHYDENKO Docente - PERMANENTE
FRANCISCO EUGENIO MENDONCA DA SILVEIRA Docente - COLABORADOR

Financiadores

Financiador - Programa Fomento Número de Meses
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC - Pró reitoria de Pós Graduação 48

Vínculo

CLT
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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