Anomalias termodinâmica e dinâmica da água num modelo em rede unidimensional

Abstract

Nesta dissertação, desenvolvemos um modelo de fluido em rede com intuito de estudar as anomalias termodinâmicas e dinâmicas da água, O modelo foi proposto com vista à simplificação de modelos já existentes, portanto, nosso trabalho principal foi demonstrar que um modelo com potencial que apresenta somente uma interação repulsiva entre primeiros vinhos pode reproduzir as anomalias conhecidas da água. Realizamos simulações computacionais, utilizando o Método de Monte Carlo, com codigo do programa escrito em linguagem C, para estudarmos a dinâmica do modelo, Com isso fomos capazes de ver o comportamento anômolo na difusão, onde temos um aumento da difusão quando aumentamos a densidade do sistema. Esse tipo de comportamento é semelhante ao encontrado nos outros modelos com outras formas de interação mais complexas, A termodinâmica foi estudada através de cálculos analíticos e, para tal, fizemos uso da técnica da matriz de transferência, a qual nos possibilitou encontrarmos as soluções exatas das funções de resposta, da densidade e da entropia do sistema. As funções respostas estudadas foram: a compressibilidade isotérmica e o coeficiente de expansão térmica, pois elas são as de maior interesse no estudo de fluidos. Todas as propriedades termodinâmicas apresentaram comportamento típico de água, tal comportamento é considerado anômolo quando comparado à de outros fluidos considerados normais. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this dissertation, we developed a lattice fluid model with intention to study the thermodynamic and dynamic anomalies of water. The model was proposed to simplify the existing models, so our main job was demonstrate that a model with the potential to produce only a repulsive interaction between first neighbours can reproduce the known anomalies of water. We performed computer simulations using the Monte Carlo Method, with program code written in C language, to study the dynamics of the model. With that we were able to see the behavior anomalous dissemination, where we have increased the spread when we increase the density of the system. This type of behaviour is similar to that found in other models with other forms of interaction more complex. Thermodynamics was studied using analytical calculations, and for that we use of the transfer matrix technique, which allowed us to find exact solutions of the response functions, density and entropy of the system. The functions responses were studied: the isothermal compressibility and coefficient of thermal expansion as they are of major interest in the study of fluid. All thermodynamic properties of water had typical behavior, such behavior is considered anomalous compared to other fluids considered normal.