Ciências Exatas e Tecnológicas
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Item Variabilidade em processos difusivos com aplicações em microrreologia e migração celular(Universidade Federal de Viçosa, 2024-12-13) Azevedo, Tiago Nascimento de; Rizzi, Leandro Gutierrez; http://lattes.cnpq.br/1688923394786314A variabilidade em processos difusivos desempenha um papel fundamental em diversas áreas, afetando o comportamento e a dinâmica de sistemas complexos. Materiais viscoelásticos, por exemplo, demonstram um comportamento intermediário entre sólidos e líquidos e podem ser encontrados em diversos sistemas físicos e biológicos. Nesta tese, introduzimos uma generalização do modelo constitutivo de Kelvin-Voigt (KV) para incluir e caracterizar heterogeneidades em materiais viscoelásticos. Considerando uma abordagem microrreológica, apresentamos expressões analíticas para o deslocamento quadrático médio (MSD) e para o coeficiente de difusão dependente do tempo de partículas de prova imersas em um material viscoelástico descrito por este modelo. Além de validar nossa abordagem teórica por meio de simulações de dinâmica Browniana, mostramos como o modelo pode ser usado para descrever dados experimentais obtidos para géis de poliacrilamida e laponite. Em seguida, generalizamos nossa abordagem ao considerar efeitos não-Markovianos na dinâmica das partículas. Apresentamos e validamos por meio de simulações estocásticas, expressões analíticas para o MSD e para o coeficiente de difusão, e avaliamos numericamente as distribuições de van Hove das partículas de prova. Em seguida, investigamos os efeitos de variabilidade na motilidade celular, que é um dos fenômenos mais fundamentais subjacentes aos processos biológicos que mantêm os organismos vivos. Aqui, consideramos um modelo simples para descrever a motilidade das células, que inclui não apenas forças internas correlacionadas no tempo, mas também a variabilidade biológica inerente aos processos bioquímicos intracelulares. Derivamos expressões exatas para o MSD e o coeficiente de difusão efetivo dependente do tempo, que são comparados a resultados numéricos obtidos a partir de simulações estocásticas não- markovianas. Além disso, mostramos que a heterogeneidade dos tempos de persistência leva a distribuições não-Gaussianas que foram obtidas analiticamente e validadas por simulações numéricas. Palavras-chave: viscoelasticidade; motilidade celular; simulações estocásticas; dinâmica browniana.Item A eletrodinâmica quântica de Cabibbo-Ferrari-Salam(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-30) Dias, Thadeu dos Santos; Del Cima, Oswaldo Monteiro; http://lattes.cnpq.br/0966696449174753Neste trabalho, definimos o modelo de Cabibbo-Ferrari-Salam, que construímos através dos trabalhos de N. Cabibbo e E. Ferrari em 1962, e A. Salam em 1966, que apresentam formas alternativas para descrever o problema da carga magnética, na qual fazemos uso das suas ideias. O monopolo magnético foi palco para Paul Dirac discutir a sua concepção e pela mecânica quântica forneceu indícios para sustentar a sua existência, implicando na quantização da carga elétrica. N. Cabibbo e E. Ferrari em seu trabalho, concebem uma ampliação do grupo de gauge U(1) usual da QED. Ao invés disso, temos agora o grupo U(1)xU(1), que serve como correção da singularidade do potencial vetor usual, Aµ redefinindo o field strength agora descrito por dois 4-potenciais, Aµ e Bµ. A. Salam discute sobre duas alternativas de descrever monopolos, e também sobre abandonar a relação entre a carga elétrica e magnética, esta hipótese abre uma nova possibilidade para estudar em teoria de perturbação. Nesse intuito o presente trabalho discute a validade de uma teoria para dyons, fornecendo uma revisitada nos monopolos, seguido de uma breve introdução a simetria BRS e o procedimento de renormalização algébrica sendo este o cerne para a quantização do modelo, prosseguindo com a construção do modelo de Cabibbo- Ferrari-Salam tais como suas simetrias contínuas e discretas e estudar seus aspectos a tree-level. Enfim, uma análise no nível quântico em ordem de obter uma resposta se o modelo é renormalizável a todas as ordens em teoria de perturbação, finalizando com apresentação de algumas perspectivas futuras para o modelo. Palavras-chave: monopólos magnéticos; cabibbo-ferrari-salam; renormalização algébrica.Item Crescimento fotoinduzido da fase cristalina de telúrio sobre a matriz de 1T'-MoTe2(Universidade Federal de Viçosa, 2024-01-19) Maia, Paulo Victor Sciammarella; Guimarães, Luciano de Moura; http://lattes.cnpq.br/8279620195693296O ditelureto de molibdênio (MoTe2) na forma 2D é um material promissor para ser usado em dispositivos de memória, pois exibe propriedades que podem ser controladas por meio de sua interação com a luz visível. De forma geral, os materiais baseados em telúrio são sensíveis à luz e podem ter caraterísticas intrínsecas modificadas a partir desta interação. Entretanto, a origem destas transformações tem sido discutida na literatura e ainda não há um consenso se sua causa se deve a efeitos térmicos, ópticos ou ambos agindo simultaneamente. A técnica de espalhamento Raman é uma poderosa ferramenta na investigação e caracterização de materiais onde utiliza-se um laser para este fim. Aqui neste trabalho, espectros de MoTe2 na fase 1T’ foram obtidos com lasers de comprimento de onda nas regiões do visível e infravermelho próximo. Potências relativamente baixas foram utilizadas com o intuito de mitigar efeitos térmicos. Em outro momento, potências relativamente altas foram utilizadas justamente para evidenciar tais efeitos. Por meio dos espectros Raman, foram observadas mudanças relacionadas à cristalização do telúrio. Foi discutido o papel do oxigênio presente no ar para estas transformações, bem como se a origem deste fenômeno tem natureza puramente térmica. Foi verificado que as transformações observadas dependem do comprimento de onda utilizado na fotoexcitação do MoTe2 na fase 1T’. Por fim, as transformações verificadas por meio dos espectros Raman foram interpretadas através do formalismo KJMA – uma teoria abrangente que é capaz de fornecer informações sobre a velocidade e natureza do processo de cristalização. Os resultados obtidos por este trabalho sugerem um componente de natureza atérmica para a transformação observada bem como o crescimento de cadeias unidimensionais de telúrio na região exposta ao laser durante o experimento Raman. Palavras-chave: raman; telúrio; cristalização fotoinduzida.Item Fotocristalização do telúrio em matrizes de ditelureto de molibdênio e telureto de cádmio manganês(Universidade Federal de Viçosa, 2024-08-29) Souza, Matheus Almeida de; Araújo, Eduardo Nery Duarte de; http://lattes.cnpq.br/9998354009734367Nos últimos anos, houve um avanço notável na compreensão das propriedades físicas de sistemas de baixa dimensionalidade. Dentre eles se destaca o telúrio (Te), que é um semicondutor de van der Waals, com uma estrutura atômica quiral unidimensional, o qual apresenta propriedades promissoras para aplicações em eletrônica e optoeletrônica. Trabalhos anteriores mostraram que a incidência de luz visível em materiais à base de telúrio promove o crescimento ordenado da fase trigonal do telúrio cristalino (t-Te) em sua superfície. Esse fenômeno é atribuído, principalmente, à presença de precipitados de Te na superfície dos filmes, provenientes do crescimento de filmes finos por técnicas de deposição em fase vapor. Dessa forma, a cristalização fotoinduzida do Te representa um caminho potencial para produção in situ de heteroestruturas de dimensão mista (MD) baseadas em t-Te. Neste trabalho se investiga a fotocristalização do Te em matrizes de ditelureto de molibdênio semimetálico (1T’-MoTe2) crescido por sublimação em espaço reduzido (CSS) e telureto de cadmio-manganês (Cd1-xMnxTe) crescido por epitaxia por feixe molecular (MBE). A partir de investigações de espectroscopia Raman foi realizada uma análise quantitativa da cristalização, que permitiu monitorar a evolução da intensidade dos modos vibracionais relacionados ao t-Te. Observou- se que o fênomeno é consistente com a teoria de Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami (KJMA) para o processo de cristalização global. Os expoentes característicos do crescimento (expoentes de Avrami) obtidos indicam que o crescimento fotoinduzido do t-Te é controlado por difusão. Para matriz de 1T’-MoTe2 foi introduzido um modelo mais específico, usando formalismo de equação mestra, considerando os eventos de associação e dissociação. Já na matriz semicondutora foi demonstrado a capacidade de suprimir a cristalização fotoinduzida do telúrio, ajustando a energia de gap do Cd1-xMnxTe para valores superiores à energia dos fótons de excitação. Palavras-chave: fotocristalização; ditelureto de molibidênio; telureto de cádmio-manganês; telúrio cristalino; difusão.Item Estudo teórico e computacional sobre a microrreologia de hidrogéis e soluções diluídas de biopolímeros(Universidade Federal de Viçosa, 2024-02-28) Duarte, Leonam Kavyn Rocha; Rizzi, Leandro Gutierrez; http://lattes.cnpq.br/4378098319089201A busca por abordagens teóricas que consigam descrever as propriedades reológicas de soluções diluídas e hidrogéis tem sido o foco de investigações intensivas nos últimos anos, principal- mente devido à sua importância na compreensão de vários processos biológicos e às possíveis aplicações industriais. Nesta tese, apresenta-se uma metodologia computacional eficiente para obter a resposta viscoelástica de soluções diluídas contendo filamentos semiflexíveis utilizando o teorema de flutuação-dissipação. Por meio de simulações de relaxação, foi possível obter as propriedades dinâmicas de partículas de prova imersas em soluções de filamentos semiflexíveis a um custo computacional relativamente baixo e com uma precisão aprimorada em comparação com abordagens baseadas em dinâmica estocástica. Tal abordagem microrreológica permitiu a determinação do módulo de cisalhamento complexo e da viscosidade complexa das soluções estudadas. A validação dessa metodologia envolveu a comparação de resultados numéricos com dados experimentais de soluções de DNA e colágeno. Além disso, utilizou-se um modelo sim- plificado de cadeia polimérica para investigar a origem da contribuição negativa recentemente descoberta ao módulo elástico e relacionada à interação polímero-solvente em hidrogéis. Os resultados teóricos permitiram obter expressões da curva de tensão-deformação e do módulo diferencial, que exibiram dependências térmicas e mecânicas não triviais. A validação desses resultados foi realizada por meio de comparações com dados experimentais obtidos para hidro- géis de tetra-PEG e biopolímeros como queratina, fibroína de seda, redes de neurofilamentos e colágeno. Além disso, mostra-se como tal modelo contribui para a compreensão dos efeitos de amolecimento e enrijecimento observados em hidrogéis. Palavras-chave: Viscoelasticidade. Soluções diluídas. Hidrogéis. Simulações computacionais.Item Ensino dos conceitos de energia e potência em física contextualizados na produção de café(Universidade Federal de Viçosa, 2024-07-15) Sales, João Batista Moreira de; Carvalho, Regina Simplício; http://lattes.cnpq.br/2218162572955391O presente trabalho discute o ensino dos conceitos de energia e potência em uma sequência didática temática e contextualizada aplicada a alunos do ensino médio. O tema da sequência didática encontra-se associado ao cotidiano dos alunos envolvidos na pesquisa, cuja maioria reside na zona rural da cidade de Caiana MG, e têm, como principal fonte de renda, o café. Desse modo, as aulas foram contextualizadas com essa temática, evidenciando os tipos de energia relacionados com a produção do café. A plataforma digital kahoot foi utilizada como uma das estratégias didáticas uma vez que novas metodologias de ensino têm sido indicadas para estimular a participação dos alunos e melhorar a compreensão dos conceitos trabalhados em sala de aula. A plataforma kahoot é baseada em gamificação, que permite a criação de quizzes com questões de múltipla escolha e os alunos podem acessar, através de dispositivos como celulares, sem a necessidade de um laboratório físico. A plataforma fornece resultados imediatos em forma de gráficos e permite a utilização de pseudônimos. Além da plataforma kahoot, utilizou-se slides, e vídeos de curta duração explorando os conceitos de energia e potência em busca de tornar a sequência didática potencialmente significativa à luz da teoria do Ausubel. Os alunos realizaram atividades, tais como, resolução de exercícios, elaboração de relatórios e entrevista com os cafeicultores, estimulando e desenvolvendo o protagonismo dos mesmos. Nos dados recolhidos, através dos relatórios e das entrevistas realizadas, foi feita a análise de conteúdo. Os resultados indicaram que os alunos gostaram das atividades propostas e entenderam a importância dos conceitos de física na produção do café. Apontaram, entretanto, que o número de aulas destinado à temática ou os tipos de atividades utilizadas não foram suficientes para a efetivação da aprendizagem significativa dos conceitos de física trabalhados. Palavras-chave: Sequência Didática; Café; Kahoot; Energia; Potência.Item Determinação de peróxido de hidrogênio em água e leite usando nanopartículas de ferro como mimetizadoras da catalase(Universidade Federal de Viçosa, 2024-06-28) Mazzini, Luísa Faria Monteiro; Moreira, Renata Pereira Lopes; http://lattes.cnpq.br/9069140768005285O peróxido de hidrogênio é utilizado em diversos setores industriais. No tratamento de água, atua como um agente oxidante, promovendo a remoção de substâncias recalcitrantes aos tratamentos convencionais. Na indústria alimentícia é usado como sanitizante, podendo ser adicionado ao leite como adulterante, para aumentar a sua vida útil. O contato com a pele ou ingestão podem causar efeitos adversos e acarretar doenças. Portanto, faz-se necessário o seu monitoramento em diferentes matrizes. Os métodos empregados para análise de H2O2 são muitas vezes custosos, com análises demoradas, além da utilização de reagentes tóxicos. Neste trabalho, buscou-se desenvolver um método baseado nos princípios da química verde. Para isso, nanopartículas de ferro (FeNPs) foram sintetizadas por um processo verde utilizando extrato de folhas de Eucalyptus grandis como agente redutor e estabilizador. Pela técnica de espectroscopia na região do infravermelho foi possível confirmar a presença de grupos funcionais do extrato que foram incorporados às nanopartículas. Picos característicos de ferro de valência zero foram observados por difração de raios X, além de hematita, magnetita e goethita. As nanopartículas apresentaram morfologia esférica com tamanho de 96,4 ± 36.8 nm e potencial zeta de |35| mV, mostrando boa estabilidade do material. As FeNPs foram utilizadas como nanocatalisadores da oxidação de o-fenilenodiamina (OPD) por H2O2, exibindo uma ótima atividade catalítica com valores de velocidade máxima aparente (Vmax) de 2,0 µmol L-1 s-1 e constante de Michaelis-menten (Km) de 307 µmol L-1. A OPD, incolor, forma uma substância colorida na presença de H2O2, porém necessita de catalisadores específicos. A partir desses resultados promissores, foi desenvolvido um método espectrofotométrico para a quantificação de H2O2 em água e leite. A curva analítica em água (18,3-112,6 µmol L-1) apresentou um bom ajuste linear e limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ) de ,48 e 18,3 µmol L-1, respectivamente. Para o leite integral UHT, foi obtida uma curva analítica na faixa de 8,97 a 112,16 µmol L-1, com LOD e LOQ de 2,96 µmol L-1 e 9,89 µmol L-1, respectivamente. O método para o leite foi validado, apresentando uma exatidão entre 85,1 e 102,8%, com uma repetibilidade = 3,9% e uma precisão intermediária = 7,5%. O método também foi testado para outros tipos de leite, podendo ser aplicado para leite desnatado, semidesnatado e leite integral pasteurizado tipo A. Além disso, foi comparado com métodos convencionais de análise usados na indústria láctea, sendo bastante eficaz. Pode-se, portanto, concluir que o método demonstrou eficácia para detecção e quantificação de peróxido em leite e água. Palavras-chave: Síntese verde; Eucalyptus grandis ; Nanomateriais; CatáliseItem O processo de produção do espaço urbano em Conceição de Ibitipoca, Lima Duarte - MG: os efeitos do turismo na vila no entorno do Parque Estadual de Ibitipoca(Universidade Federal de Viçosa, 2025-02-24) Valeriano, Nivalda Maria de Campos; Stephan, Italo Itamar Caixeiro; http://lattes.cnpq.br/6880249591418720Nesta dissertação investigam-se os efeitos do turismo na produção do espaço urbano da Vila de Conceição de Ibitipoca, distrito do município de Lima Duarte, Minas Gerais. A pesquisa parte da criação do Parque Estadual de Ibitipoca, em 1973, como marco inicial das atividades turísticas na região. Busca-se compreender as transformações espaciais, sociais e econômicas decorrentes do turismo, considerando o descompasso entre o crescimento urbano e a capacidade de planejamento local. A abordagem metodológica adotada foi qualitativa, com técnicas que incluíram análise histórica, observacional e monográfica, complementadas por entrevistas semiestruturadas e estudos de imagens e mapas do objeto de estudo. Os resultados revelam que, embora o turismo tenha impulsionado benefícios como a geração de emprego e a diversificação econômica, ele também acentuou desafios urbanos e ambientais. A pesquisa constatou que a expansão imobiliária, muitas vezes desordenada, gerou especulação e pressões sobre a infraestrutura local, especialmente nos sistemas de abastecimento de água e energia. Além disso, observou-se um impacto considerável na dinâmica social da vila, com processos de gentrificação e transformação cultural que refletem o conflito entre a preservação da identidade local e as demandas de uma economia voltada para o turismo. Outro aspecto abordado foi o papel das políticas públicas e planos diretores no desenvolvimento da vila. A pesquisa identificou lacunas no planejamento e na gestão do espaço urbano, destacando a ausência de estratégias que integrem as dimensões social, econômica e ambiental do turismo. Essa falha resultou em um crescimento urbano acelerado, que muitas vezes não respeitou os limites ambientais ou os valores culturais da comunidade receptora. Nesse contexto, a pesquisa sugere que o turismo pode ser uma ferramenta poderosa de desenvolvimento, desde que ancorado em princípios de planejamento participativo e gestão responsável. A valorização das comunidades locais e a preservação dos recursos naturais emergem como pontos centrais para a construção de um modelo turístico mais equilibrado. Por fim, esta dissertação contribui para o debate acadêmico ao ampliar o olhar para os efeitos do turismo em municípios pouco populosos e seus distritos, frequentemente negligenciados em estudos urbanísticos. Ao propor reflexões críticas sobre o caso de Conceição de Ibitipoca, o trabalho oferece subsídios para a formulação de políticas públicas mais efetivas e para futuras investigações em contextos similares. O equilíbrio entre desenvolvimento e preservação, portanto, permanece como desafio central para a gestão turística e urbana em localidades com vocação para o turismo de natureza. Palavras-chave: turismo de natureza; espaço urbano; planejamento e gestão territorial; distrito municipal; Conceição de IbitipocaItem Avaliação do desempenho de telhado verde na eficiência energética e nas emissões de carbono para um edifício universitário em um cenário futuro de mudanças climáticas(Universidade Federal de Viçosa, 2025-02-26) Bousado, Jaqueline Teixeira; Albrecht, Clarissa Ferreira; http://lattes.cnpq.br/0814778549003503As mudanças climáticas impactam o conforto térmico e o consumo energético das edificações. Os telhados verdes são considerados uma alternativa sustentável, pois podem reduzir a temperatura interna das edificações e minimizar a necessidade de sistemas de climatização e absorverem carbono. No entanto, sua eficiência térmica e energética depende de diversos fatores, como tipo de vegetação, espessura do substrato e condições climáticas locais. Este estudo teve como objetivo avaliar a influência dos telhados verdes na eficiência energética e nas emissões de carbono operacional e incorporado em um edifício universitário, considerando um cenário climático futuro para 2050. Para isso, a pesquisa foi conduzida em três etapas: simulações termoenergéticas utilizando o software EnergyPlus, estudos sobre o cálculo do carbono operacional considerando a matriz elétrica brasileira e avaliação do ciclo de vida por meio do software SimaPro. O objeto de estudo foi o edifício de salas de aula denominado Pavilhão de Aulas II da Universidade Federal de Viçosa. Foram analisados cinco cenários: quatro variações de telhados verdes, sendo dois extensivos e dois intensivos, com variação de índice de área foliar e espessura de substrato, e um caso base com a cobertura existente. Os resultados indicaram que, no contexto analisado, os telhados verdes não proporcionaram reduções expressivas da temperatura interna das salas de aula nem na economia de energia elétrica do edifício. A variação térmica entre os casos foi inferior a 0,5°C, e o consumo energético se reduziu no máximo em 0,23%. A quantificação do carbono operacional considerou o cálculo do fator de emissão para 2050, fundamentado nos dados do cenário de estagnação da matriz elétrica do Plano Nacional de Energia 2050. Para o cálculo das emissões, foi utilizado o fator de emissão e os resultados de consumo de energia elétrica. Já na análise de emissões incorporadas de carbono, verificou-se que o telhado verde extensivo apresentou emissão incorporada negativa, enquanto o intensivo teve emissão positiva, devido à diferença de espessura do substrato. Além disso, a camada de vegetação foi a única com balanço negativo de emissões, evidenciando seu potencial de remoção de dióxido de carbono equivalente. Embora os telhados verdes não tenham se mostrado eficazes para melhorar a eficiência energética e o conforto térmico no cenário estudado, seu uso pode ser justificado por outros benefícios ambientais, como redução da ilha de calor urbana, absorção de águas pluviais e melhora da qualidade do ar. A pesquisa ressalta a necessidade de avaliar a viabilidade dos telhados verdes considerando parâmetros de projeto, clima e combinação com estratégias passivas e ativas. Sugere-se o uso de dados mais precisos da matriz elétrica para calcular fatores de emissão futuros e uma análise mais detalhada do ciclo de vida, abrangendo todo o ciclo de vida. Palavras-chave: Simulação termoenergética; Fator de emissão futuro; Carbono operacional; Carbono incorporado.Item Síntese e caracterização de filmes de Granadas de Túlio e Ferro (TIG) crescidas por RF-Sputtering para aplicações em spintrônica(Universidade Federal de Viçosa, 2024-10-08) Melo, Isabella Moraes de; Mendes, Joaquim Bonfim Santos; http://lattes.cnpq.br/5832525292360237A spintrônica representa um campo emergente e crucial para o avanço de tecnologias inovadoras, com foco na manipulação das propriedades de spin dos elétrons para armazenamento e transporte de informação. A criação de heteroestruturas magnéticas combinando materiais não magnéticos (NM) com isolantes ferrimagnéticos (FMI) fornece uma plataforma simples e versátil para explorar fenômenos spintrônicos. As Granadas de Ferro e Terras Raras (RIGs) surgem como materiais promissores para serem utilizados como FMI, devido à sua constante de amortecimento intrínseca baixa, ideal para estudos de transporte de spin. Por outro lado, as Granadas de Ferro e Túlio (TIG) com Anisotropia Perpendicular Magnética (PMA) demonstram potencial significativo para aplicações em estudos que exploram efeitos de spin, devido à sua constante de magnetostrição negativa, alta qualidade estrutural e magnética. Neste trabalho, iremos apresentar os resultados relacionados ao processo de fabricação e caracterização de filmes de TIG em substrato de GGG (Gd3Ga5O12) com orientação (111) depositados por RF- sputtering à temperatura ambiente, seguido por um tratamento térmico pós crescimento em atmosfera reativa de oxigênio. Este processo teve como principal objetivo compreender como as condições de deposição e tratamento térmico influenciam nas propriedades morfológicas e cristalinas das amostras. Os resultados de difração de raios X mostraram a formação de filme monocristalino de TIG (111) somente após o tratamento térmico. A Microscopia de Força Atômica (AFM) revelou uma superfície granular com rugosidade média de ˜ 1,2 nm. As caracterizações por magnetometria de amostra vibrante (VSM) e por Ressonância Ferromagnética revelaram propriedades de histerese, campo de ressonância, e largura de linha compatíveis com as esperadas para filmes de TIG monocristalinos. A qualidade cristalina, morfológica e propriedades magnéticas favoráveis, tornam os filmes de TIG produzidos neste trabalho promissores para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos. Palavras-chave: tig; sputtering; materiais isolantes ferrimagnéticos.