Grado en Física

URI permanente para esta colecciónhttps://hdl.handle.net/11441/47700

Examinar

Mostrando 1 - 20 de 159

A Comprehensive Analysis of the Planetary Boundary Layer from 2020 till 2023
(2024-05) Bernabé Morera, María; Gómez García, Diego; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
In this final Degree report the Planetary Boundary Layer (PBL) is going to be described in terms of the variables: altitude from ground, temperature, pressure and wind speed. The author has made use of data collected through theweather balloon technique at Radiosondes Atmospheric Station (ESAt) of INTA (Huelva). Measurements were made at two particular moments in the day, at 11am and at 11pm from 2020 to 2023. Data were taken using the gradient temperature method (TGM). First, they are plotted in emagrams after sounding and then determined from the table data from the Meteociel French website. The empirical information is then compared with the theoretical assumptions of the PBL. Data analysis was carried out by means of RStudio code by averaging parameters to analyse their tendencies. Climate change consequences on small scale will be assesed as well as the increase of PBLH and turbulence regime on wind. Results are compared with data collected for the analysis of dust events from Africa by professor Jesús de la Rosa Damián, University of Huelva (UHU). Our work will conclude with some features of the evolution of the PBL during the year in terms of the upper limit, local temperature, pressure and wind speed.
A study on fundamental physical limitations of CMOS technologies
(2019) González Márquez, Rita; Fernández Berni, Jorge; Río Fernández, Rocío del; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo
In this work the problem of power dissipation for nano-CMOS technologies is addressed. The main focus is to analyze the physics behind the impossibility of scaling the subthreshold slope below 60 mV/decade. For that an NMOS transistor is studied. First, the carrier transport processes in subthreshold region are analyzed to understand the thermionic nature of their emission over the channel potential barrier. Then, the drain-source current is derived step by step from a diffusion current expression, procedure that has not been reported in the literature up to now. With that, it was proven that the subthreshold current is in fact a diffusion current and that the amount of current through the channel depends on the fraction of carriers able to thermionically surpass the barrier. From the subthreshold drain-source current, an analytical expression for the subthreshold slope SS is obtained, making use of its definition as the inverse of the transfer characteristic’s slope. After that, the different terms of SS are analyzed separately, and possible approaches to reduce its value are discussed. The fundamental nature of the 60 mV/dec limitation is proved to be a thermionic emission limitation. Finally, some emerging devices and their subthreshold slopes are analyzed and compared to the traditional MOSFET
Actividad multi-cíclica de carbonatos naturales para el almacenamiento de energía solar concentrada
(2017) Rojo Curto, Alonso; Valverde Millán, José Manuel; Pérez Maqueda, Luis Allan; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo
La tecnología Calcium-Looping, enfocada al almacenamiento termoquímico de energía solar concentrada (CaL-CSP), presenta posibilidades prometedoras de expandir el uso de las energías renovables al emplear minerales abundantes en la naturaleza, no tóxicos y de bajo precio para almacenar energía durante extensos periodos de tiempo y sin pérdidas. La energía se almacena en forma de un reservorio de CaO producido en la calcinación endotérmica de caliza (CaCO₃), y puede liberarse en la reacción exotérmica inversa al carbonatar en una atmósfera rica en CO₂, pudiendo usar este calor para generar electricidad. El proceso es cíclico ya que tras la carbonatación del CaO volvemos a tener CaCO₃, sin embargo este CaO pierde progresivamente reactividad al ser reutilizado lo cual obliga a reponer la muestra periódicamente. En este trabajo se plantea minimizar dicha pérdida de actividad realizando un pretratamiento mecánico a las muestras antes de la calcinación inicial. También se propone el uso de dolomita (MgCa(CO₃)₂) como precursor alternativo del CaO, al obtener de ésta unos resultados significativamente mejores y más estables que los que se deriven de la caliza, lo cual se explica mediante la presencia de granos de MgO inerte durante la carbonatación que estabilizan térmicamente el compuesto. Esto a su vez abre la puerta a la búsqueda de mezclas de caliza y MgO que, con menos material inerte y por tanto menores costes, consiguen un rendimiento similar.
Aerogeles Bioactivos Para Ingeniería Tisular Ósea
(2017) Díaz Fraile, José Antonio; Morales Flórez, Víctor; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
Los biomateriales son materiales diseñados para actuar en conjunción con sistemas biológicos con el ﬁn de evaluar, tratar, aumentar o reemplazar algún tejido, órgano o función del sistema biólogico diana. En este trabajo se tratará de forma introductoria qué se entiende por biomaterial y las características que éstos deben tener para ejercer como tales. Los aerogeles son materiales que poseen unas características muy interesantes como biomaterial, y en especial en ingeniería de tejidos, por su alta porosidad, superﬁcie especíﬁca e interconexión de su estructura interna. Además, por la versatilidad que poseen los métodos de síntesis de aerogeles, éstos pueden reforzar sus características e incluir otras propiedades interesantes formando parte de materiales compuestos. Por ello, se presenta un estudio general sobre los aerogeles que permita entender la naturaleza y propiedades de éstos para culminar en la exposición del aerogel como biomaterial en ingeniería de tejidos ósea.
El agujero negro de Reissner-Nordström
(2023-05-26) Cordero Ramírez, María; Tornero Sánchez, José María; Moreno González, Francisco Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Álgebra
En 1915, Albert Einstein publica la teoría de la relatividad general convirtiéndose en la teoría de la gravedad con mayor ´éxito hasta la fecha. Sus predicciones basadas en ella se han podido verificar en numerosos experimentos o tests tanto clásicos como modernos. En el primer grupo encontramos la precesión de perihelio de Mercurio o la desviación de la luz por el sol. En relación a los modernos tenemos la primera detección de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de varios agujeros negros y estrellas binarias de neutrones por la colaboración de LIGO y Virgo. También, gracias al Event Horizon Telescope, se han obtenido imágenes de dos agujeros negros supermasivos, M87* y más recientemente Sagitario A*. Ambos se encuentran en el centro de las galaxias M87 y la Vía Láctea respectivamente. Esta teoría describe la interacción gravitatoria entre los cuerpos por la curvatura del espacio-tiempo mediante las ecuaciones de campo de Einstein. Es decir, plantea la gravedad como un reflejo de la geometría del mismo en lugar de una fuerza a distancia como en la teoría newtoniana. Las ecuaciones de movimiento se determinan aplicando el principio variacional a la acción de Einstein-Hilbert. La cual también puede complementarse con campos de materia, como veremos más adelante.
Agujeros negros de Schwarzschild y detección de agujeros negros en sistemas binarios
(2019) Muñoz Torres, Sara; Gómez García, Diego; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
En este trabajo se abordar ́a un tema muy popular pero del que hasta hace poco no se tenía mucha información: los agujeros negros. Y es que, aunque la idea surgiera con anterioridad, hasta la Teoría de la Relatividad de Einstein era solo eso, una mera idea sin base matemática ni sentido lógico. Así, se estudiará la solución de Schwarzschild a las ecuaciones de Einstein en el vacío, la cual predice matemáticamente la existencia de una singularidad en el espacio-tiempo, que, como se verá, está fuertemente relacionada con este misterioso concepto. La comprensión de este tema se realizará de una manera más intuitiva mediante representaciones gráficas, con las que se podrá entender la curvatura que generan los cuerpos masivos en el espacio-tiempo, así como el comportamiento de la luz y la materia en las proximidades de los agujeros negros. Por otra parte, no todo es tan conceptual acerca de los agujeros negros, sino que estos realmente existen y se pueden detectar experimentalmente. De hecho, este tema está cogiendo cada vez más importancia debido a los recientes descubrimientos que se han logrado de agujeros negros en el Universo. En este documento se recopilarán algunas de estas detecciones. Para ello se estudiarán dos formas distintas de detectar agujeros negros: mediante la emisión de rayos X por su disco de acreción, y mediante la emisión de ondas gravitacionales generada en la fusión de éstos.
Agujeros negros según la relatividad general. Aplicación al agujero negro supermasivo de la galaxia M87
(2023) Vázquez Martín, José María; Gómez García, Diego; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
En este trabajo introduciremos la física de agujeros negros a través de las predicciones de la Relatividad General. Además, se repasarán algunos resultados obtenidos por la Event Horizon Telescope Collaboration sobre los estudios de la fuente de radiación emitida en el núcleo de la galaxia M87. Por ello, comenzaremos introduciendo la Relatividad General y las ecuaciones de Einstein, aportando algunas propiedades que se deducen de ellas. Tras esto, expondremos las principales soluciones de agujeros negros: Schwarzschild, Reissner-Nordström y Kerr. Estudiaremos la estructura causal de estas soluciones, además de algunas propiedades geométricas importantes. Finalmente, se realiza un resumen de los resultados obtenidos al estudiar la imagen del agujero negro de la galaxia M87.
An Introduction to Open Quantum Systems
(2022) Tirado Heras, Benjamín; Casado Pascual, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
The main purpose of this project is to serve as a self-contained and properly motivated introduction to the theoretical framework of open quantum systems and its uses. Starting by revisiting the already well-known postulates that cement quantum mechanics, a reformulation of such postulates is proposed so that new powerful mathematical tools arise naturally on the way. After introducing such tools, two different approaches are followed to derive the master equation that governs the evolution of open quantum systems, i.e., the Lindblad equation. Finally, as an application of this equation, the effect of measurements on the evolution of a two-level atom in an electromagnetic field is studied.
Análisis de aleaciones de alta entropía a partir del comportamiento de metales puros
(2022) García Pinto, Nicolás; Blázquez Gámez, Javier Sebastián; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
Análisis de circuitos analógicos para efectos en guitarra eléctrica
(2019) Rejón Mata, Alejandro Víctor; Río Fernández, Rocío del; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo
La aparición de efectos de sonido para instrumentos musicales basados en circuitos electrónicos supuso en su día un aire renovador a la música. Más en concreto, en el mundo de la guitarra eléctrica, la aparición de efectos como la distorsión propició la degeneración del blues al rock and roll y posteriormente a los numerosos géneros de música que aún sigue propiciando la riqueza en variedad de géneros musicales de la que disfrutamos hoy en día. Este Trabajo Fin de Grado (TFG) pretende hacer un análisis del procesamiento analógico de la señal de una guitarra eléctrica dado por los efectos más comunes aplicados en formato de pedal. Para ello, se comenzará dando un contexto histórico-cultural sobre el origen de los efectos de guitarra eléctrica, las consecuencias de la adopción del transistor en la ingeniería de sonido y una breve introducción a la circuitería analógica básica de los efectos más relevantes. A su vez, se elegirá el MXR Phaser 90 como pedal de efecto a analizar más pormenorizadamente. Para ello, se procede a desglosar la circuitería otorgada por el fabricante en módulos para elaborar un análisis de funcionalidad, descripción de la circuitería y una posterior comprobación por simulación eléctrica utilizando el entorno CADENCE CAPTURE 16.5.
Análisis en cuaterniones y aplicaciones.
(2023-07-06) Núñez Mancinas, Aarón Andrei; García Vázquez, Juan Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Análisis Matemático
En este trabajo se caracteriza el conjunto de los cuaterniones como un álgebra de división normado, se proporcionan técnicas para tratar con ellos de manera análoga a los números complejos, siendo crucial la identificación del conjunto de los cuaterniones como una reunión de infinitos planos complejos que cortan con el eje real tanto para propiedades algebraicas como para la exploración de una definición de derivada que reproduzca resultados análogos a la teoría de funciones holomorfas.
Aniquilación electrón-positrón en procesos electrodébiles
(2023-07-05) Collado Soto, Andrés; Caballero Carretero, Juan Antonio; Megías Vázquez, Guillermo Daniel; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
El objetivo principal de este trabajo consiste en estudiar los procesos resultantes de la interacción electromagnética electrón-positrón mediante el cálculo y posterior análisis de sus secciones eficaces. En concreto, se examina el denominado scattering Bhabha (𝑒−𝑒+ →𝑒−𝑒+) y la producción de leptones en el estado final (𝑒−𝑒+ → 𝑙−𝑙+), haciendo especial énfasis en el caso de los muones. Además, aunque durante el trabajo no se aborde el cálculo que conduce a su sección eficaz, también se presentará la producción de fotones con la finalidad de compararlo con el resto de los procesos estudiados. En primer lugar, durante la introducción se presenta la ecuación de Dirac y el concepto de antipartículas, ideas fundamentales para el trabajo y que sientan los precedentes de la teoría cuántica de campos, el formalismo utilizado para la descripción de partículas relativistas. A continuación, en el capítulo II se detalla el formalismo de la electrodinámica cuántica presentando, entre otros, el concepto de la matriz de dispersión, esencial para el cálculo de las secciones eficaces de los procesos estudiados. Finalmente, el capítulo III se enfoca en un estudio de la cinemática de dichas secciones eficaces analizando la contribución de cada proceso en la interacción electromagnética electrón-positrón y, de manera general, leptón antileptón. Además, se comprobará la validez de las expresiones teóricas comparándolas con datos experimentales. Por último, merece la pena resaltar que la motivación y relevancia de este estudio reside en que constituye una introducción al cálculo de secciones eficaces en régimen relativista a través del formalismo de la electrodinámica cuántica. De este modo, se sientan las bases para el estudio de proceso más complejos que involucren partículas con estructura interna, fuerzas nucleares o sistemas ligados.
Aplicaciones de la ecuación de reacción-difusión
(2023-05-24) Pérez Diego, Mario; Anguiano Moreno, María; Universidad de Sevilla. Departamento de Análisis Matemático
En este documento se presenta un estudio de la ecuación de Reacción-Difusión, tanto matemáticamente como sus aplicaciones en Física, Química, Biología, etc.. En la primera parte veremos la parte teórica de dicha ecuación y trabajando en los espacios de funciones y gracias al Teorema de Hille-Yosida podremos garantizar la existencia y unicidad de sus soluciones. Después, en la segunda parte veremos aplicaciones y ejemplos de esta ecuación en distintos contextos. Aparte la resolveremos para algunos casos de interés.
Aplicaciones de la radiación Cherenkov
(2017) Ganfornina Andrades, Antonio; Pérez Izquierdo, Alberto Tomás; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo
Aplicaciones del desarrollo de Magnus a la Mecánica Cuántica
(2023-07-06) Martín Romero, Guillermo; Casado Pascual, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
En este trabajo de fin de grado se aborda el estudio de los desarrollos perturbativos de Magnus y de Floquet-Magnus como herramientas para la resolución de problemas de evolución temporal en la Mecánica Cuántica. Estos procedimientos son ampliamente utilizados en diversos campos de la Física Cuántica, como la teoría de sistemas cuánticos abiertos y la Física de la Materia Condensada. El primero que se muestra es el desarrollo perturbativo de Magnus. Con ´el, se presenta una descripción sistemática de la evolución temporal y puede ser utilizada para calcular soluciones aproximadas en situaciones donde los métodos convencionales no son aplicables o en casos donde su acción complica la resolución de manera considerable. Por otro lado, el desarrollo de Floquet-Magnus se enfoca en la evolución de sistemas cuánticos sujetos a campos externos periódicos. El desarrollo de Floquet-Magnus es especialmente ´útil para describir sistemas cuánticos sometidos a campos electromagnéticos oscilantes, como sistemas de ´átomos y moléculas bajo la influencia de campos láser. En este trabajo, se revisan los fundamentos teóricos de ambas técnicas y se exploran sus aplicaciones en la resolución de problemas de evolución temporal en Mecánica Cuántica. Se presentan ejemplos concretos de su uso, mostrándose además las ventajas y limitaciones de cada una de estas alternativas. Estas técnicas ofrecen enfoques prometedores y poderosos para abordar diversos problemas en Física Cuántica y representan áreas de interés activo para la investigación en el campo de la Física Teórica.
Are neutrinos Dirac or Majorana particles? Experimental search for neutrinoless beta decay
(2021) Rodríguez Galván, Nicolás; Rodríguez Gallardo, Manuela; Gómez Camacho, Joaquín José; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
Atractores caóticos en rutas metabólicas
(2020) Pliego Prenda, Alejandro; Lemos Fernández, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
En este trabajo se aborda el estudio de las rutas metabólicas mediante el análisis de las enzimas que las componen, poniendo especial énfasis en la fase inicial de la glucólisis. Primero, se introducirá el concepto de enzima y se presentarán las rutas como un conjunto de reacciones químicas cuya cinética se caracteriza por los tipos de enzimas que actúen en ella como catalizador. Bajo esta premisa, se estudiarán distintos modelos capaces de explicar el comportamiento de los diferentes tipos de enzimas. Por último, con las herramientas anteriormente mencionadas, se construirá un modelo para la simulación de la parte alta de la glucólisis y se buscarán los diferentes comportamientos que puedan darse en tal sistema.
Automatización en la detección de patrones circulares de pequeño tamaño en imágenes médicas para finalidad de Quality Assurance
(2023-10-16) Fernández Espinosa, Rafael; Cortés Giraldo, Miguel Antonio; Macías Jaén, José; Universidad de Sevilla. Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear
El cáncer sigue permaneciendo como una de las enfermedades más mortíferas a las que se ha enfrentado la humanidad. En su labor por combatir esta enfermedad, los servicios de radiofísica hospitalaria disponen de aceleradores lineales (LINAC) con los que se trata a los pacientes mediante el bombardeo de radiación ionizante, lo cual exige una precisión genuinamente elevada. Por ello, se llevan a cabo controles de calidad como la calibración entre los láseres de la sala, alineados con la herramienta conocida como Iso-Align™, y el punto de radiación del LINAC. Este punto, conocido como isocentro de radiación, consiste en el lugar geométrico donde el acelerador irradia. La necesidad de intervención humana en algunos procesos conlleva un coste de tiempo y una menor precisión que, aunque se encuentren dentro de los niveles de tolerancia exigidos, pueden tener margen de mejora. A fin de asegurar una mayor eficacia resulta imperativo erradicar toda intervención humana en el proceso, para lo cual se ha desarrollado un algoritmo basado en la transformada de Hough en Python con objeto de automatizar la determinación del punto de corte de los láseres para su posterior ajuste con las coordenadas del isocentro. Se ha obtenido una reducción de los tiempos de ejecución del 99 %, mientras que los resultados obtenidos respecto de la metodología original presentan una discrepancia del orden del milímetro o menor, aunque su reproducibilidad no ha resultado total, puesto que se han conseguido procesar con éxito siete de las nueve imágenes del Iso-Align disponibles. A pesar de esto, ha sido posible la implementación de esta metodología en aceleradores lineales, lo que abre las puertas a la completa automatización de los procesos de control de calidad y a una mayor eficiencia en ellos y, por ende, mejora la calidad de vida tanto de pacientes como de radiofísicos.
Autoorganización en sistemas biológicos
(2022) Montes López, Juan Manuel; Lemos Fernández, María del Carmen; Universidad de Sevilla. Departamento de Física de la Materia Condensada
En este trabajo estudiaremos el comportamiento del potencial de acción a lo largo de una membrana celular, como ejemplo de autoorganización temporal en un sistema vivo. Para comprender la fenomenología del potencial de acción, simularemos, en primer lugar, el modelo de Hodgkin y Huxley. Este modelo, pionero de los modelos biofísicos sobre membranas excitables, explica los cambios que causan en el potencial de acci´on del ax´on gigante de calamar, la aplicación de corrientes sobre la membrana. Hodgkin y Huxley proponen que el comportamiento del potencial se puede explicar en base a un circuito eléctrico equivalente de la membrana, donde las conductancias iónicas se determinan por la ley de Ohm, describiendo el sistema por medio de cuatro ecuaciones diferenciales acopladas. En segundo lugar, estudiaremos el modelo de Fitz-Hugh Nagumo, que reduce las ecuaciones del modelo de Hodgkin y Huxley, con el fin de poder llevar a cabo un estudio analítico del sistema reducido. En una tercera etapa, y sobre el modelo de Fitz-Hugh Nagumo, realizaremos perturbaciones periódicas a la corriente externa que regula el impulso nervioso y observaremos distintas respuestas en el sistema perturbado, desde desdoblamientos del periodo hasta acoplamiento con el sistema autónomo. Todas las simulaciones y figuras recogidas en esta memoria se realizaron usando el software MATLAB.
Beam Loss Monitors in the Large Hadron Collider
(2020) Morales Vigo, Sara; Fernández Berni, Jorge; Universidad de Sevilla. Departamento de Electrónica y Electromagnetismo
The LHC at CERN is the largest and most powerful particle accelerator ever built. It accelerates protons and ions at high speeds, close to the speed of light, and collides them with the purpose of recreating the conditions which could be present seconds after the Big Bang occurred. The high energy and intensity of the LHC particle beams makes them highly destructive for the machine components. Only the loss of a small fraction of the beam particles could produce a quench in the superconducting magnets or damage detector equipment. Therefore, it is essential to install a safety system which monitors the beam losses during operation of the LHC and triggers the beam dump when the losses exceed certain predetermined thresholds. These tasks are performed by the LHC BLM system, with more than 4 000 detectors covering the 27 km LHC circumference. As the BLM system is a fundamental element concerning the LHC machine protection, it is important to analyze its signal continuously in order to detect possible damage or degradation of its components, potentially caused by the high-radiation environment in which they are installed. The main objective of this work is to give an overview on both the LHC and BLM system, followed by the analysis of the BLM noise signal and the BLM integrated dose during Run 2 (2015-2018). These analysis were performed using tools created as part of this Bachelor’s Thesis. The results obtained were fundamental to determine that for the moment no BLM system limitations due to radiation effects are to be expected in future operation periods of the LHC. iv

Examinar

Examinando Grado en Física por Título