Termodinâmica estatística e redes neurais aplicadas ao estudo de fluidos atômicos

dc.creatorFelipe Silva Carvalho
dc.date.accessioned2022-10-05T20:37:38Z
dc.date.accessioned2025-09-09T00:56:58Z
dc.date.available2022-10-05T20:37:38Z
dc.date.issued2022-07-22
dc.description.abstractThe 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.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/45976
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectFísico-química
dc.subjectRedes neurais (Computação)
dc.subjectTermodinâmica estatística
dc.subjectDinâmica molecular
dc.subjectFuncionais de densidade
dc.subjectEquações integrais
dc.subjectProblemas inversos (Equações diferenciais)
dc.subjectFourier, Transformações de
dc.subjectDinâmica dos fluidos
dc.subject.otherEquação de Ornstein-Zernike
dc.subject.otherPercus-Yevick
dc.subject.otherHypernetted-Chain
dc.subject.otherRelações de fecho gerais
dc.subject.otherFunção de Mittag-Leffler de dois parâmetros
dc.subject.otherRede neural de Hopfield
dc.subject.otherDerivada de Gâteaux
dc.subject.otherPhysics informed neural networks
dc.subject.otherOrnstein-Zernike equation
dc.subject.otherGeneral closure relation
dc.subject.otherTwo parameter Mittag-Leffler function
dc.subject.otherHopfield Neural Network
dc.subject.otherGateaux derivative
dc.titleTermodinâmica estatística e redes neurais aplicadas ao estudo de fluidos atômicos
dc.title.alternativeStatistical thermodynamics and neural networks applied to the study of atomic fluids
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor1João Pedro Braga
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4625288029686288
local.contributor.referee1Guilherme Ferreira de Lima
local.contributor.referee1Heitor Avelino de Abreu
local.contributor.referee1Vinícius Cândido Mota
local.contributor.referee1Breno Rodrigues Lamaghere Galvão
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6452223358877174
local.description.resumoO 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.
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química

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