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# -*- coding: utf-8 -*-
"""
Created on Thu Aug 10 11:42:46 2023
@author: tedea
"""
import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
from pathlib import Path
import pyigrf_clara_0_4 as igrf
import freqcol_0_3_1 as fc
import nrlmsise2 as msise2
import iri2_0_2 as iri
class condiono_adachi():
def __init__(self,B,nomearqIRI,nomearqNRLMSISE2):
self.me = 9.109389e-31 #Massa do elétron em repouso [kg]
self.e = -1.602177e-19 #Carga do elétron [C]
self.mi1 = 5.065e-26 #Massa do íon 1 uma mistura de NO+ (75%) e O2+ (25%) (30.5 u.m.a.) [kg]
self.mi2 = 2.657e-26 #Massa do íon 2 (O+) [kg] (16 a.m.u)
#self._set_massaIon()
self._set_nomearq(nomearqIRI, nomearqNRLMSISE2) #salvando o nome dos arquivos em variaveis na classe
self._set_iri(nomearqIRI)
self._set_nrlmsise2(nomearqNRLMSISE2)
self._set_B(B)
self.calc_freqcol(self.msise2.dado['N2 (m-3)'],self.msise2.dado['O2 (m-3)'],\
self.msise2.dado['O (m-3)'],self.iri.dado['Te/K'],\
self.iri.dado['Ti/K'],self.iri.dado['Tn/K'],self.iri.dado["H(km)"])
self.calc_all_girofreq(self.B)
self.calc_prelativa_all(self.iri.rhodado["O+"], self.iri.rhodado["NO+"],\
self.iri.rhodado["O2+"],self.iri.dado["Ne(m-3)"])
#print("self.Freq[fen]",self.Freq["fen"])
def _set_massaIon(self):
self.mi1 = 5.065e-26 #é a massa do íon 1 (30.5 u.m.a.) em kg
self.mi2 = 2.657e-26 #é a massa do íon 2 (O+) em kg
def _set_nomearq(self,nomearqIRI,nomearqNRLMSISE2):
self.nomearqIRI = nomearqIRI
self.nomearqMSISE = nomearqNRLMSISE2
def _set_iri(self,nomearqIRI):
self.iri = iri.iri(nomearqIRI)
def _set_nrlmsise2(self,nomearqMSISE):
self.msise2 = msise2.nrlmsise(nomearqMSISE)
#print("\n\n_set_nrlmsise2 - msise2_dado:",self.msise2.dado)
def _set_B(self,B):
"""
SETS THE TOTAL INTENSITY OF THE MAGNETIC FIELD.
Parameters
----------
B : PANDA SERIES
TOTAL INTENSITY OF THE MAGNETIC FIELD [T].
Returns
-------
None.
"""
self.B = B
def calc_girofreq(self,mi,B):
"""
Funcao para cálculo da girofrequência ou frequência de ciclotron da partícula num ponto.
Parameters
----------
B : FLOAT
campo magnético em [T]
mi : FLOAT
massa do íon ou do elétron [kg]
q : FLOAT
carga do íon/elétron [C]
Returns:
----------
wi : FLOAT
girofrequencia [Hz]
"""
wi = np.sqrt(self.e**2) * np.sqrt(B**2)/mi
return wi
def calc_all_girofreq(self,B):
print("calculando as freqcol all: start ")
wi1 = self.calc_girofreq(self.mi1, B)
wi2 = self.calc_girofreq(self.mi2, B)
we = self.calc_girofreq(self.me, B)
#print("\n\ncondiono_adachi calc_all_girofreq wi1: ",wi1,"\nwi2:",wi2,"\nwe5:",we)
self.girofreq = pd.concat([we,wi1,wi2], axis=1, keys=["we","wi1","wi2"])
def _calc_pRelativa(self,rhoi,ne):
"""
Calcula a densidade numérica relativa da espécie ionica. Brekke (1993)
Parameters
----------
rhoi : PANDA SERIES FLOAT
densidade do íon [m^-3]
ne : PANDA SERIES FLOAT
Densidade de elétrons [elétrons/m^3]
Returns:
----------
pi : PANDA SERIES FLOAT
densidade numérica relativa (Brekke,1983)
"""
pi = rhoi/ne
return pi
def calc_prelativa_all(self,rho_íonO,rho_íonNO,rho_íonO2,ne):
self.rho1,self.rho2 = self.calc_rho_numion(rho_íonO,rho_íonNO,rho_íonO2,ne)
self.p1 = self._calc_pRelativa(self.rho1, ne)
self.p2 = self._calc_pRelativa(self.rho2, ne)
return self.p1,self.p2
def calc_rho_numion(self,rho_íonO,rho_íonNO,rho_íonO2,ne):
"""
Calcula a Densidade numérica dos íons O+ e fictício 1 (Brekke,1983).
Razão entre o número de íons e o volume.
Parameters
----------
rho_íonO : LIST FLOAT
concentração do íon O+ [%]
rho_íonNO : LIST FLOAT
concentração do íon NO+ [%]
rho_íonO2 : LIST FLOAT
concentração do íon O2+ [%]
ne : LIST FLOAT
Densidade de elétrons [elétrons/m^3]
Returns:
----------
rhoi1 : FLOAT
densidade do íon fictício 1 [m^-3]
rhoi2 : FLOAT
densidade do íon O+ [m^-3]
"""
#densidade do íon ficticio 1 [m^-3]
rhoi1 = ne * (rho_íonNO + rho_íonO2)/100
#print(self.h[i],"rho1",rhoi1,"m^-3")
#densidade do íon O+ [m^-3]
rhoi2 = ne * rho_íonO/100
#print("rhoi2",rhoi2,"m^-3\n")
return rhoi1, rhoi2
def calc_freqcol(self,rhoN2,rhoO2,rhoO,Te,Ti,Tn,h):
'''
CALCULA AS FREQUÊNCIAS DE COLISÃO.
Parameters
----------
rhoN2 : PANDA SERIES - FLOAT
DENSITY OF N2 AT A GIVEN HEIGHT [m^3] NRLMSISE2
rhoO2 : PANDA SERIES - FLOAT
DENSITY OF O2 AT A GIVEN HEIGHT [m^3] NRLMSISE2
rhoO : PANDA SERIES - FLOAT
DENSITY OF O AT A GIVEN HEIGHT [m^3] NRLMSISE2
Te : PANDA SERIES - FLOAT
TEMPERATURA DOS ELÉTRONS [K].
Ti : PANDA SERIES - FLOAT
TEMPERATURA DOS ÍONS [K].
Tn : PANDA SERIES - FLOAT
TEMPERATURA DAS PARTÍCULAS NEUTRAS [K].
Returns
-------
'''
a = fc.freqcol(rhoN2, rhoO2, rhoO, Te, Tn, Ti,h)
self.Freq = a.calc_freq(h)
#print("\n\Condutividade_0_7 - type freq : ",type(self.Freq),"\n")
return self.Freq
def calc_Hall(self,fen,fin1,fin2,wi1,wi2,we,p1,p2,ne,B):
"""
CALCULA A CONDUTIVIDADE DE HALL APARTIR DAS EQUAÇÕES DE Adachi et al.
Earth, Planets and Space (2017).
Parameters
----------
fen : PANDA SERIES
frequência de colisão dos elétrons com as partículas neutras [Hz].
fin1 : PANDA SERIES
frequência de colisão do íon 1 com as partículas neutras [Hz].
fin2 : PANDA SERIES
frequência de colisão do íon 2 com as partículas neutras [Hz].
wi1 : PANDA SERIES
girofrequência do íon 1 [Hz].
wi2 : PANDA SERIES
girofrequência do íon 2 [Hz].
we : PANDA SERIES
girofrequência do elétron [Hz].
p1 : TYPE
DESCRIPTION.
p2 : TYPE
DESCRIPTION.
ne : TYPE
densidade de elétrons em [m^-3].
B : TYPE
intensidade do campo magnético da Terra [T].
Returns
-------
cond_hall : TYPE
DESCRIPTION.
"""
print("Calculando a Condutividade de Hall")
a1 = (wi2**2)/(wi2**2 + fin2**2)
b1 = (wi1**2)/(wi1**2 + fin1**2)
c1 = (we**2)/(we**2 + fen**2)
soma = c1 - (p1*b1) - (p2*a1)
d = (ne * self.e)/B
self.CondH = d * soma
return self.CondH
def calc_Pedersen(self,fen,fin1,fin2,wi1,wi2,we,p1,p2,ne,B):
"""
# CALCULA A CONDUTIVIDADE DE PEDERSEN APARTIR DAS EQUAÇÕES DE Adachi et al.
# Earth, Planets and Space (2017).
# Parameters
# ----------
# fen : PANDA SERIES
# frequência de colisão dos elétrons com as partículas neutras [Hz].
# fin1 : PANDA SERIES
# frequência de colisão do íon 1 com as partículas neutras [Hz].
# fin2 : PANDA SERIES
# frequência de colisão do íon O+ com as partículas neutras [Hz].
# wi1 : PANDA SERIES
# girofrequencia do íon 1 [Hz].
# wi2 : TYPE
# girofrequencia do íon O+ [Hz].
# we : TYPE
# DESCRIPTION.
# p1 : TYPE
# DESCRIPTION.
# p2 : TYPE
# DESCRIPTION.
# ne : TYPE
# DESCRIPTION.
# B : TYPE
# DESCRIPTION.
# rho_íonNO : TYPE
# DESCRIPTION.
# Returns
# -------
# condP : TYPE
# DESCRIPTION.
# """
d = 0
soma = 0
print("===== Calculando a condutividade de Pedersen =====")
a1 = (wi2 * fin2)/(wi2**2 + fin2**2)
b1 = (wi1 * fin1)/(wi1**2 + fin1**2)
c1 = (we * fen)/(we**2 + fen**2)
soma = c1 + p1 * b1 + p2 * a1
d = (ne * np.sqrt(self.e**2))/B
self.CondP = d * soma
return self.CondP
def plot_Hall(self):
h = self.msise2.dado["H(km)"]
plt.figure(figsize=(5,5))
condH = [self.CondH[i] * -1 for i in range(len(self.CondH))]
plt.plot(condH,h)
plt.xscale('log')
plt.ylabel("Height (km)")
plt.xlabel("$log_{10}$ Conductivity (S/m)",fontsize=15)
#ax.legend(title="Hour")
plt.title("Hall conductivity")
plt.grid()
plt.show()
def plot_Pedersen(self):
plt.figure(figsize=(5,5))
plt.plot(self.CondP,self.msise2.dado["H(km)"],label="Pedersen Conductivity")
plt.xscale('log')
plt.ylabel("Height (km)")
plt.xlabel("$log_{10}$ Conductivity (S/m)",fontsize=15)
plt.title("Pedersen conductivity")
plt.grid()
plt.show()
def plot_girofreq(self):
h = self.msise2.dado["H(km)"]
plt.figure(figsize=(5,5))
#plt.plot(self.girofreq["we"],h,label="we")
plt.plot(self.girofreq["wi1"],h,label="wi1")
plt.plot(self.girofreq["wi2"],h,label="wi2")
plt.title("girofrequencias com a altura (km)")
plt.ylabel("Height (km)")
plt.xlabel("$log_{10}$ Frequência de Ciclotron (Hz)")
plt.legend()
#plt.xscale('log')
plt.grid()
plt.show()
def plot_freqcol(self):
h = self.Freq["H(km)"]
plt.figure(figsize=(5,5))
plt.plot(self.Freq["fen"],h,label="electron")
plt.plot(self.Freq["fin1"],h,label="ficticious ion 1")
plt.plot(self.Freq["fin2"],h,label="O+")
plt.title('Collision Frequency')
plt.xlabel("$log_{10}$ Collision Frequency (Hz)")
plt.ylabel("Height (km)")
plt.xscale('log')
plt.legend()
plt.grid()
plt.show()
#====================== TESTE ====================================
# name_saida = "grid_igrf_2000"
# nomearqIRI = "IRI2016_lat-25_lon125_z0_750_s_5data01JAN2000_h12LT.txt"
# nomearqMSISE = "NRLMSISE2_lat-25_lon125_z0_750_s_5data01JAN2000_h12LT.txt"
# # nomearqMSISE = "nrlmsise_lat69_lon19_z300_s5_data30MAR2012_h6UT.txt"
# # nomearqIRI = "IRI2016_lat69_lon19_z300_s5_data30MAR2012_h6UT.txt"
# nomearqIRI2 = "IRI2016_lat-25_lon125_z0_750_s_5data01JAN2000_h00LT.txt"
# nomearqMSISE2 = "NRLMSISE2_lat-25_lon125_z0_750_s_5data01JAN2000_h00LT.txt"
# path = Path("Dado_IRI/IRI2020_lat-25_lon125_z0_750_s_5data01JAN2000_h12LT.txt")
# assert path.exists()
# #igrf_a = igrf.IGRF(-25,-55,0,2008,name_saida)
# #igrf_a.get_grid("teste_cond_grid.csv")
# igrf_b = igrf.IGRF(-25,55,0,2000,name_saida)
# igrf_b.calc_perfilh(-25,55,lim_h = 755)
# a = condiono_adachi(igrf_b.DfPerfilh["B(T)"], path, nomearqMSISE)
#igrf_a.calc_grid()
#centro_anom = igrf_a.coord_centro(igrf_a.Dfgrid)
#igrf_a.Dfgrid["Latitude"]
#d=(igrf_a.Dfgrid['Latitude'] == centro_anom[0])#pegando a latitude determinada pela função coord_centro
#=== Filtrando para pegar os dados na latitude e longitude do centro da anomalia =====
#c = igrf_a.Dfgrid.loc[(igrf_a.Dfgrid['Latitude'].round(4) == -25.0)]
#b_centro = igrf_a.Dfgrid.loc[(igrf_a.Dfgrid['Latitude'].round(4) == -25.0) & (igrf_a.Dfgrid['Longitude'].round(4) == -55.0)]
#b_centro = igrf_a.Dfgrid.loc[(igrf_a.DfPerfilh['Latitude'].round(4) == -25.0) & (igrf_a.DfPerfilh['Longitude'].round(4) == -55.0)]
#print("n\nblat25",b_lat_25_lon125)
# a = condiono_adachi(igrf_b.DfPerfilh["B(T)"], nomearqIRI, nomearqMSISE)
# a2 = condiono_adachi(igrf_b.DfPerfilh["B(T)"], nomearqIRI2, nomearqMSISE2)
# #a.msise2.plot_concentracoes()
# a.calc_Hall(a.Freq["fen"],a.Freq["fin1"],a.Freq["fin2"],\
# a.girofreq["wi1"],a.girofreq["wi2"],a.girofreq["we"],\
# a.p1, a.p2, a.iri.dado["Ne(m-3)"], a.B)
# #a.plot_Hall()
# a.calc_Pedersen(a.Freq["fen"],a.Freq["fin1"],a.Freq["fin2"],\
# a.girofreq["wi1"],a.girofreq["wi2"],a.girofreq["we"],\
# a.p1, a.p2, a.iri.dado["Ne(m-3)"], a.B)
# #a.plot_Pedersen()
# a2.calc_Hall(a2.Freq["fen"],a2.Freq["fin1"],a2.Freq["fin2"],\
# a2.girofreq["wi1"],a2.girofreq["wi2"],a2.girofreq["we"],\
# a2.p1, a2.p2, a2.iri.dado["Ne(m-3)"], a2.B)
# #a2.plot_Hall()
# a2.calc_Pedersen(a2.Freq["fen"],a2.Freq["fin1"],a2.Freq["fin2"],\
# a2.girofreq["wi1"],a2.girofreq["wi2"],a2.girofreq["we"],\
# a2.p1, a2.p2, a2.iri.dado["Ne(m-3)"], a2.B)
# #a2.plot_Pedersen()
# CondH1 = [a.CondH[i] * -1 for i in range(len(a.CondH))]
# CondH2 = [a2.CondH[i] * -1 for i in range(len(a2.CondH))]
# fig,(ax,ax1) = plt.subplots(1,2,figsize=(10, 5))
# ax.semilogx(CondH1[17:],range(80,750,5),label="12h LT")
# ax.semilogx(CondH2[17:],range(80,750,5),label="00h LT")
# ax.grid()
# ax.set_title("Hall")
# ax.legend()
# ax1.semilogx(a.CondP,range(0,755,5),label="12h LT")
# ax1.semilogx(a2.CondP,range(0,755,5),label="00h LT")
# ax1.grid()
# ax1.legend()
# ax1.set_title("Pedersen")
# fig.suptitle("Conductivities year: 2000 lat: -25 lon: 125")