Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/45976
Type: Tese
Title: Termodinâmica estatística e redes neurais aplicadas ao estudo de fluidos atômicos
Other Titles: Statistical thermodynamics and neural networks applied to the study of atomic fluids
Authors: Felipe Silva Carvalho
First Advisor: João Pedro Braga
First Referee: Guilherme Ferreira de Lima
Second Referee: Heitor Avelino de Abreu
Third Referee: Vinícius Cândido Mota
metadata.dc.contributor.referee4: Breno Rodrigues Lamaghere Galvão
Abstract: O estudo de fluidos clássicos pode ser realizado por meio de várias técnicas, tais como: dinâmica molecular, teoria do funcional de densidade clássica ou por meio da solução de equações integrais. Uma equação integral comumente encontrada na literatura foi determinada por L. S. Ornstein e F. Zernike em 1914 no trabalho intitulado “Desvios acidentais da densidade e opalescência no ponto crítico de uma substância simples”. Esta equação tem como incógnitas as funções de correlação total, h(r), e direta, C(r). Portanto, resolver esta equação demanda o conhecimento de uma relação adicional entre estas funções, denominada relação de fecho. Neste trabalho será dada atenção à solução deste problema. As relações de fecho de Percus-Yevick (PY) e Hypernetted-Chain (HNC) serão apresentadas, uma vez que estas são importantes e amplamente utilizadas. Duas relações de fecho mais gerais serão propostas, para as quais se obtém PY e HNC como casos particulares. Então serão discutidos os modelos de esferas rígidas e do líquido de Lennard-Jones, apresentando-se novas relações de fecho tanto para se aprimorar os resultados para a função de distribuição radial, g(r), no caso de esferas rígidas quanto para se obter resultados termodinamicamente consistentes considerando-se o potencial de Lennard-Jones. Também será apresentado neste trabalho um método de solução indireta para este problema utilizando-se a Rede Neural de Hopfield (RNH) e dados experimentais para o espalhamento de nêutrons. O método da RNH ainda será generalizado utilizando-se o conceito da derivada de Gâteaux. Por fim, uma proposta recente para redes neurais, denominada Physics Informed Neural Networks, também será aplicada tanto na solução do problema direto (solução da equação de Ornstein-Zernike) quanto no problema inverso (obtenção de g(r) a partir de S(q)) discutidos neste trabalho. Apesar dos fundamentos da teoria estarem presentes em livros sobre o assunto, todos os conceitos e deduções necessárias serão apresentados ao longo dos capítulos deste trabalho de modo que o leitor não necessite de buscá-las em materiais externos.
Abstract: The study of classical fluids can be carried out by different techniques, as for example: molecular dynamics, classical density functional theory or integral equations. One of the most successful integral equation was obtained in 1914 by L. S. Ornstein e F. Zernike and published in the paper "Accidental deviations of density and opalescence at the critical point of a single substance". This equation connects the total and direct correlation functions, h(r) and C(r). However, solving this equation requires the knowledge of an additional relation between these functions, which is called a closure relation. In this work it will be given attention to this problem. The Percus-Yevick (PY) and Hypernetted-Chain (HNC) closures will be presented, since these are very important and wildely applied in sciences. Then, two general closure relations will be proposed, for which PY and HNC are special cases. The hard sphere and Lennard-Jones fluids will be discussed, developing new closure relations that improves results for the radial distribution function, g(r), for hard spheres and to acquire thermodynamic consistent results using the Lennard-Jones potential. Also, an indirect method for solving the Ornstein-Zernike equation will be given in which the Hopfield Neural Network (HNN) is used along with experimental results for neutron scattering process. This method is further generalised using the Gâteaux derivative definition. Them, a recent proposal for neural networs, called Physics Informed Neural Networks, will be used to carry out both direct (solution of Ornstein-Zernike equation) and inverse (acquisition of g(r) from S(q)) problems discussed previously in this work. Although the theoretical background is given in several textbooks, all definitions and deductions necessaries in this work will be presented through the chapters so the reader will not need to search for these concepts in an external material.
Subject: Físico-química
Redes neurais (Computação)
Termodinâmica estatística
Dinâmica molecular
Funcionais de densidade
Equações integrais
Problemas inversos (Equações diferenciais)
Fourier, Transformações de
Dinâmica dos fluidos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/45976
Issue Date: 22-Jul-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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