Simulação da interação entre partículas e campos eletromagnéticos

Abstract

Este trabalho apresenta novos pacotes computacionais concebidos para introduzir um conceito fundamental em eletromagnetismo: a interação entre partículas e campos. O esquema proposto descreve duas classes básicas de cenários físicos. Na primeira, a contribuição da partícula para o potencial total de interação é considerada desprezível em relação à contribuição devida ao campo externo. Essa abordagem corresponde à definição clássica de “partícula de teste”, que não perturba campos externos. A principal aplicação oriunda dessa abordagem preliminar consiste em estimar trajetórias percorridas por partículas carregadas ao longo de regiões nas quais atua um potencial Coulombiano. Na segunda classe de cenários, que abrange o efeito Meissner e a interação radiação-matéria, a contribuição do campo produzido pela partícula predomina sobre o campo externo. O exemplo mais ilustrativo desse tipo de cenário, que ocorre a baixas temperaturas, é o Efeito Meissner-Ochsenfeld, cuja interpretação usual é discutida e generalizada ao explorar uma interessante analogia com a Mecânica de Fluidos. Nessa analogia, o efeito Meissner-Ochsenfeld é comparado ao comportamento dos escoamentos potenciais, para os quais a condição clássica de não penetração na interface sólida é prescrita, mas a condição de não deslizamento é desprezada.

This work presents new softwares conceived for introducing a fundamental concept in electromagnetism: the interaction between particles and fields. The proposed scheme describes two basic classes of physical scenarios. In the first one the contribution of the particle to the total interaction potential is considered to be negligible, when compared to the contribution due to the external field. This approach corresponds to the classical definition of a “test particle”, which does not affect external fields. The main application of this preliminary approach consists in estimating the particle path along regions where a Coulomb potential is present. In the second class of scenarios, which comprehends the Meissner Effect and the interaction between matter and radiation, the contribution of the field generated by the particle is dominant. The most emblematic example of this kind of scenario, which occurs at low temperatures, is the Meissner-Ochsenfeld Effect, whose traditional interpretation is discussed and generalized, by exploiting an interesting analogy with fluid mechanics. In this analogy, the Meissner-Ochsenfeld effect is compared with the behavior of potential flows, where the classical non-penetration boundary condition is prescribed, but the no-slip one is neglected.