CAMBIO DE FASE

Autor: PÉREZ RECHE FRANCISCO JOSÉ.
Año: 2004.
Universidad: BARCELONA.
Centro de lectura: FACULTAT DE FÍSICA.
Centro de realización: FACULTAT DE FÍSICA DE LA UNIVERSITAT DE BARCELONA.

Resumen: En la presente tesis se ha estudiado algunos aspectos relacionados con sistemas que presentan transiciones de fase, y en particular, aquellos en que las transiciones involucra una dinámica de avalanchas (evolución discontinua de algunos observables durante la transición). Dicha dinámica se observa en numerosas transiciones de fase (efecto Barkhausen en sistemas magnéticos o transición martensítica en sólidos) en que los efectos de las fluctuaciones térmicas no son muy importantes. Los aspectos estudiados en la tesis se pueden clasificar en dos grandes grupos: cinética de las transiciones de fase estructurales (básicamente transición martensítia en aleaciones con memoria de forma) y efecto del desorden en sistemas que presentan transiciones de fase de primer orden. En cuanto al estudio de las transiciones estructurales, se ha analizado: 1,- El efecto de las fluctuaciones térmicas. 2,- El efecto de inducir repetidamente las transiciones. 3,- El efecto del ritmo del parámetro de control de la transición sobre las avalanchas que se observan. Con respecto al estudio de sistemas con desorden, se ha analizado con detalle el comportamiento del modelo de Ising con campos aleatorios. En particular, se ha estudiado la evolución de dicho sistema suponiendo que sigue una dinámica metaestable (térmica y adiabática) al variar un campo externo. Para ello se han hecho simulaciones numéricas y los datos obtenidos s han analizado con técnicas sofisticadas de escalado de tamaño finito. Ese modelo presenta una transición de fase continua inducida por desorden en el diagrama de fases metaestable. Nuestro estudio ha permitido, entre otras cosas, identificar el parámetro de orden de la transición así como las propiedades geométricas de las avalanchas que se observan al variar el campo externo.

Autor: GALÁN GONZÁLEZ CARLOS ALBERTO.
Año: 2004.
Universidad: EXTREMADURA.
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS.

Resumen: El objetivo de esta tesis es proporcionar métodos válidos para la obtención de propiedades interfaciales de fluidos de interés industrial a partir de modelos moleculares. Entre estas propiedades destacan la energía superficial y la tensión superficial, propiedad para la que existen diversos métodos disponibles, aunque no todos ellos puedan aplicarse con éxito. Está dividida en seis capítulos, un primer capítulo introductorio de carácter muy general, seguido de un capítulo donde se presentan las ecuaciones de estado más usadas para describir las propiedades termodinámicas de fluidos simples (esferas y discos duros; y sistema de referencia de WCA para el fluido Lennard-Jones), comparando las predicciones de dichas ecuaciones con simulaciones moleculares de la literatura y realizando un test de validez a las mismas. Dichas ecuaciones proporcionan las propiedades de las fases en equilibrio, esenciales para el conocimiento del comportamiento termodinámico del sistema, y paso previo al conocimiento de las propiedades interfaciales, objetivo primordial de esta tesis. En el capítulo tres se describe la interfase líquido-vapor de fluidos Lennard-Jones, y se comentan los trabajos previos relevantes realizados sobre el tema indicando las carencias y/o ventajas de los mismos. Los capítulos cuatro y cinco se centran en el cálculo de la energía superficial y tensión superficial de fluidos Lennard-Jones a partir de distintas aproximaciones teóricas, usando bien la función de distribución radial en la fase líquida o bien la función de distribución radial en la interfase líquido-vapor, usando distintas posibilidades. Tras comprobar la validez de los distintos métodos teóricos y aproximaciones empleados, el capítulo seis se centra en la proposición y aplicación de un modelo para el cálculo de la tensión superficial de fluido son polares, comparando con resultados previos obtenidos por otros modelos empíricos.

Autor: Caballero Moraleda José Baldomero.
Año: 2005.
Universidad: ALMERÍA.
Centro de lectura: Departamento de Física Aplicada.
Centro de realización: Universidad de Almería.

Resumen: En esta Tesis se combinan simulaciones y experimetnos para estudiar el diagrama de fases de electrolitos coloidales, mezclas equimolares de partículas coloidales esféricas del mismo tamaño y misma carga. Es decir, la analogía coloidal del fluido iónico simétrico. En el primer capítulo se introducen los conceptos y conocimientos básicos de diagramas de fases en sistemas monocomponentes, que serán de utilidad en el transcurso de este trabajo. A continuación, se presenta el comportamiento fásico del fluido iónico, que debido a la analogía que presenta con nuestro modelo esperamos resultados cualitativamente similares. Finalmente, se concluye el capítulo con la presentación del electrolito coloidal, así como el modelo teórico que hemos seguido para realizar las simulaciones. En concreto, las interacciones electrostáticas se modelan por medio de un potencial efectivo tipo DLVO, o sea, un potencial eléctrico apantallado por la presencia de contraiones en el medio. En el segundo capítulo se estudia el diagrama de fases de equilibrio de este sistema mediante simulaciones Monte Carlo. Principalmente, se analiza la transición de fase gas-líquido y su dependencia respecto al alcance de la interacción (controlada por la concentración salina del medio). Se encuentra que la temperatura crítica evoluciona de forma no monótona con respecto al grado de apantallamiento de las cargas, ésto es, el alcance de la interacción. En concreto, la temperatura crítica crece según disminuye el alcance de la interacción, alcanza un máximo, y después desciende de forma monótona según aumenta la concentración salina del medio. Este comportamietno se puede explicar de acuerdo a las fuertes correlaciones que emergen en la región de coexistencia de fases entre las partículas de distinto signo. Cada partícula se rodea localmente de una capa de partículas de signo contrario a la que le sigue una segunda capa de partículas del mismo signo que la partícula central. De esta forma, el balance entre las interacciones repulsivas y atractivas porvoca esta evolución de la temperatura crítica. Además, en este capítulo estudiaremos las diferentes estructuras cristalinas que coexisten con las fases fluidas. Como conclusión, se encuentra que el diagrama de fases del electrolito coloidal es similar, cualitativamente, al del fluido iónico cuando la temperatura crítica es estable respecto a la cristalización. En el capítulo 3 se localizan las transiciones no ergódicas de este sistema respecto a la transición de fase gas-líquido utilizando simulaciones de Dinámica Molecular. Con los resultados obtenidos el diagrama de fases del electrolito coloidal queda dividido en tres regiones: i) a altas temperaturas se encuentran sistemas homogéneos ergódicos, ii) a temperaturas moderadas los sistemas se hallan en coexistencia de fases gas-líquido y iii) en la región de temperaturas bajas las muestras dejan de ser ergódicas; aquí la separación de fases queda interrumpida por la aparición de transiciones no ergódicas. En este último régimen se han encontrado dos tipos de comportamietnos bien diferentes. En el primero de ellos, se forma una fase densa compacta que alcanza el equilibrio termodinámico. Esta situación se interpreta como consecuencia de una transición vítrea a altas densidades, pues se han encontrado características típicas de estas transiciones en las cercanías del estado identificado como de corte entre ambas transiciones. Precisamente en esta región, la dinámica colectiva del sistema se reproduce por la teoría de los modos acoplados (conocida como teoría MCT). De esta forma, asumimos que el origen de la transición vítrea es dinámico y somos capaces de entnder la evolución de los puntos de corte con el alcance de la interacción. El segundo comportamiento no ergódico aparece en la región de temperaturas muy bajas, donde se encuentra que los sistemas forman sólidos no cristalinos de muy baja densidad, es decir, geles, independientemente del alcance de la interacción. El estado gel se ha caracterizado dinámicamente, encontrándose que la dinámica depende de la densidad inicial de la muestra una vez que la temperatura ha sido fijada. No obstante, a pesar de las diferencias dinámicas los estados gel poseen algunas similitudes estructurales a lo largo 8 de la i 72b soterma que han sido investigadas. En este punto se presenta el diagrama de fases teórico que ha sido calculado utilizando diferentes técnicas de simulación. Éste será objeto de comparación con resultados experimentales en el capítulo 4, donde se utilizan dos partículas de látex de tamaños similares y con cargas parecidas pero opuestaas. Para evitar la agregación irreversible, dominada por el mínimo del potencial asociado a las interacciones de dispersión, se recubren las partículas coloidales con un surfactante no iónico y se estudia el comportamiento de fases de este complejo sistema variando la concentración salina y la coloidal. Posteriormente, se analiza cada uno de los diferentes comportamientos encontrados, y finalmente, se analizan los resultados con el diagrama de fases general hallado con las simulaciones, encontrándose bastantes similitudes entre las predicciones teóricas y los experimentos. Incluso, se analizan algunos de los comportamietnos que se encuentran en otros sistemas de macromoléculas de cargas opuestas en base a los resultados obtenidos en este trabajo. El trabajo finaliza con el capítulo 5, donde se resumen las conclusiones más relevantes.