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Type: TCC
Title: Empacotamento de fios magnéticos em cavidades com um substrato não coesivo
Authors: Silva Junior, Marcio Vaz da
Advisor: Araújo, Ascânio Dias
Co-advisor: Souza, Michael Ferreira de
Keywords in Brazilian Portuguese : Esferas;Magnetismo;Empacotamento;Substratos plásticos
Keywords in English : Spheres;Magnetism;Packing;Plastic substrates
Issue Date: 2023
Citation: SILVA JUNIOR, M. V. Empacotamento de fios magnéticos em cavidades com um substrato não coesivo. 2023. 70 f. Monografia (Bacharelado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: O empacotamento de partículas com propriedades magnéticas explora as interações entre si para a formação espontânea de cadeias ou estruturas ordenadas. Essa abordagem tem aplicações em sistemas auto responsivos e na organização de estruturas biológicas complexas. Este estudo investiga os padrões de empacotamento de partículas com propriedades magnéticas em uma cavidade circular bidimensional. Duas cadeias lineares formadas por esferas de neodímio, em formato de fios, foram injetadas diametralmente opostas em uma célula de Hele-Shaw contendo um substrato não interagente de esferas plásticas. A análise destaca a influência das configurações iniciais dos dipolos e da quantidade de substrato nas propriedades geométricas que emergem dos padrões formados no empacotamento. As distribuições de probabilidade das áreas dos laços seguem uma função log-normal, evidenciando uma região de entrelaçamento das curvas onde os vértices exibem probabilidades semelhantes, independente da quantidade de substrato. A relação entre a quantidade de laços e a fração de empacotamento revela uma área efetiva para a formação dos laços. A razão entre áreas e perímetros está em conformidade com modelos de empacotamento de fios metálicos. Durante o empacotamento dos fios magnéticos com substratos plásticos, observou-se diferenças qualitativas nos arranjos. Abordando-as quantitativamente, foram analisadas a distribuição de probabilidade dos menores caminhos entre os nós e a função de distribuição radial. Essas análises indicam uma transição da distribuição de probabilidades relativas às distâncias entre as esferas, passando de unimodal para bimodal, além de identificar arranjos estruturais em redes quadradas e triangulares entre os primeiros vizinhos. A aplicação do método de otimização ”BFGS” na minimização da energia do sistema possibilitou a identificação de configurações das orientações dos dipolos magnéticos, revelando a predominância de domínios antiferromagnéticos no regime ”Loop” e domínios ferromagnéticos no regime ”Espiral”. A energia por unidade de esfera, no regime ”Loop”, situa-se abaixo da energia relativa para formação de uma corrente infinita de esferas magnéticas. A variação da energia relativa, com o referencial no primeiro contato entre os fios, comportando-se semelhante ao estabelecido por Philipse e Maas (2002) para a aproximação de cadeias de bactérias magnetostáticas. Este estudo contribui para uma compreensão mais abrangente das propriedades e do comportamento de partículas magnéticas em sistemas confinados.
Abstract: The packing of particles with magnetic properties explores interactions among them to spontaneously form chains or ordered structures. This approach finds applications in self-responsive systems and the organization of complex biological structures. This study investigates the packing patterns of particles with magnetic properties in a two-dimensional circular cavity. Two linear chains formed by neodymium spheres, shaped like wires, were injected diametrically opposite into a Hele-Shaw cell containing a non-interacting substrate of plastic spheres. The analysis highlights the influence of the initial dipole configurations and substrate quantity on the geometric properties emerging from the packing patterns. The probability distributions of loop areas follow a log-normal function, revealing a region where the curves intersect, and vertices exhibit similar probabilities regardless of the substrate quantity. The relationship between the number of loops and the packing fraction reveals an effective area for loop formation. The ratio of areas to perimeters is consistent with models of metallic wire packing. During the packing of magnetic wires with plastic substrates, qualitative differences in arrangements were observed. Addressing them quantitatively, the probability distribution of the shortest paths between nodes and the radial distribution function were analyzed. These analyses indicate a transition in the probability distribution relative to distances between spheres, shifting from unimodal to bimodal, and identifying structural arrangements in square and triangular networks among the first neighbors. The application of the ”BFGS” optimization method in minimizing the system’s energy allowed the identification of dipole orientation configurations, revealing the predominance of antiferromagnetic domains in the ”Loop” regime and ferromagnetic domains in the ”Spiral” regime. The energy per sphere in the ”Loop” regime is below the relative energy for the formation of an infinite chain of magnetic spheres. The variation of relative energy, with reference to the first contact between the wires, behaves similarly to what was established by Philipse e Maas (2002) for the approximation of magnetostatic bacterial chains. This study contributes to a more comprehensive understanding of the properties and behavior of magnetic particles in confined systems.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75322
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/0989698681190097
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6609-7501
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2940950386915746
Co-advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6751-2877
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1246776718921674
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:FÍSICA-BACHARELADO - Monografias

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