首页/论文/1402.6447

arXiv 1402.64472014-02-27cond-mat.stat-mech

Feynman棘轮制冷机的最大χ性能系数判据

Coefficient of performance at maximum χ-criterion for Feynman ratchet as a refrigerator

Shiqi Sheng, Pan Yang, Z. C. Tu

发表信息：: Commun. Theor. Phys. 62 (2014) 589
DOI：: 10.1088/0253-6102/62/4/16

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

摘要英文摘要相关论文

摘要：

χ标准被定义为能量转换效率和工作物质每单位时间吸收的热量的乘积[de Tomás等人，E，85（2012）010104（R）]。优化了Feynman棘轮制冷机在两个热浴间工作时的χ判据。研究了Feynman棘轮在大温差和小温差下的最大χ准则性能系数的渐近解。提出了一个与数值解吻合较好的插值公式。此外，还研究了性能系数在最大χ处普适性的充分条件.

英文摘要：

The χ-criterion is defined as the product of the energy conversion efficiency and the heat absorbed per-unit-time by the working substance [de Tomás et al., Phys. Rev. E, 85 (2012) 010104(R)]. The χ-criterion for Feynman ratchet as a refrigerator operating between two heat baths is optimized. Asymptotic solutions of the coefficient of performance at maximum χ-criterion for Feynman ratchet are investigated at both large and small temperature difference. An interpolation formula, which fits the numerical solution very well, is proposed. Besides, the sufficient condition for the universality of the coefficient of performance at maximum χis investigated.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

阅读原文

阅读 PDF ↗

arXiv 页面 ↗HTML 原文 ↗

本文内容

摘要英文摘要相关论文

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来，可能存在错误，请以论文正文为准。

继续探索

相关论文

微观费曼棘轮的能量学

Energetics of a Microscopic Feynman Ratchet

本文为微观费曼棘轮建立了统一的动力学与能量学形式体系，通过热力学力级数展开给出功和热流及非线性响应系数的解析表达式，推广了手性热泵中的已有结果。

2022-10-26cond-mat.stat-mech

费曼棘轮的实验实现

Experimental realization of Feynman's ratchet

费曼棘轮是一个与两个热源接触的微观机器，温度为$T_A$和$T_B$，由理查德·费曼提出来说明热力学第二定律。在平衡状态（$T_A=T_B$），热波动阻止棘轮产生定向运动。当棘轮因温差（$T_A \ne T_B$）而保持远离平衡时，它可以作为热机运行，纠正热波动以做功。虽然它吸引了很多兴趣，但由于技术上的挑战，费曼棘轮作为热机的操作还没有在实验上实现。在这项工作中，我们实现了费曼的棘轮与胶体粒子在一个一维的光阱中与两个热源接触：一个是周围的水，而另一个水库的效果是由一种新的反馈机制产生的，使用Metropolis算法施加细致平衡。我们验证了系统不产生工作时，$T_A=T_B$，它成为一个微观热机时，$T_A \ne T_B$。我们分析的功能的温差和外部负载的工作，热和熵产生。我们的Feynman棘轮和Metropolis算法的实验实现也可用于研究反馈控制和信息处理的热力学、分子马达的工作机制和可控粒子输运。

2017-11-14cond-mat.stat-mech

离散Feynman棘轮模型中电流的全计数统计与涨落定理

Full Counting Statistics and Fluctuation Theorem for the Currents in the Discrete Model of Feynman's Ratchet

我们详细研究了Jarzynski和Mazonka于1999年提出的费曼棘轮离散模型中电流的波动。确定了两个宏观电流，并使用Schnakenberg的图形分析确定了相应的亲和力。我们还研究了两个电流的全计数统计，并证明了涨落定理对它们的联合概率分布成立。数值结果表明，该模型满足涨落耗散关系、Onsager互反关系及其非线性推广。

2022-07-12cond-mat.stat-mech

费曼棘轮与棘爪：一个精确可解模型

Feynman's ratchet and pawl: an exactly solvable model

我们介绍了一个简单的，离散的模型费曼的棘轮和棘爪，两个热源之间的操作。我们精确地解决了稳态定向运动和产生的热流，首先是在没有外部负载的情况下，然后在存在外部负载的情况下。我们表明，该模型可以作为一个热机和作为一个冰箱。最后，我们调查的行为系统接近平衡，并使用我们的模型来确认一般预测的基础上线性响应理论。

1999-06-16cond-mat.stat-mech

热机中卡诺效率的不可达性：Feynman-Smoluchowski棘轮的粗粒化和熵产生

Unattainability of Carnot efficiency in thermal motors: Coarse-graining and entropy production of Feynman-Smoluchowski ratchet

我们重新审视和分析的热力学效率的费曼-Smoluchowski（FS）棘轮，一个经典的思想实验描述了一个自主的热功转换器。从FS棘轮的完整动力学出发，推导出粗粒化导致的隐藏耗散的确切形式，我们重申了其热力学效率的历史争议。隐熵产生的存在意味着应用于粗粒度描述的随机热力学的标准框架未能捕获系统的耗散特征。针对这一问题，我们探索了一个扩展的随机热力学框架，从粗粒度动力学中重建隐藏的熵产生。该方法作为一个关键的例子，我们如何能够系统地解决问题的热力学效率在多变量波动的非平衡系统。

2018-04-08cond-mat.stat-mech

费曼棘轮作为热机的最大功率效率

Efficiency at maximum power of Feynman's ratchet as a heat engine

通过优化内参数和外负载，研究了费曼棘轮作为热机的最大功率和相应的效率（$η_\ast$）。当一个理想的棘轮装置（棘轮和爪之间没有通过动能的热交换）在温度为$T_1> T_2$的两个热浴之间工作时，发现其在最大功率下的效率为$η_\ast =η_C^2 /[η_C-(1-η_C)\ln(1-η_C)]$，其中$η_C\equiv 1-T_2/T_1$。这个效率略高于Curzon和Ahlborn [ \textit{Am. J. Phys.} \textbf{43}（1975）22]对宏观热机得出的$1-\sqrt{T_2/T_1}$值。它也比Schmiedl和Seifert [ \textit{EPL} \textbf{81}（2008）20003]对小温差下随机热机的结果$η_{SS}\equiv 2η_C/(4-η_C)$稍大，而在大温差下$η_\ast$和$η_{SS}$出现明显偏差.对于棘轮和爪之间经由动能的热交换不为零的不完美棘轮装置，最大功率下的效率随着热导率的增加而降低。

2008-07-03cond-mat.stat-mech

更多相关论文收起更多论文

高温下费曼-斯莫卢霍夫斯基发动机的作用和约束条件

Feynman-Smoluchowski engine at high temperatures and the role of constraints

费曼的棘轮和棘爪是在介观状态下利用热涨落进行能量转换的典范模型。在这里，我们优化的功率输出的棘轮作为一个热机在高温的限制，并获得的普遍性，在最大功率的效率高达二阶，使用非线性近似。另一方面，可以通过以不同方式约束内能尺度来优化线性模型。结果表明，简单的约束导致众所周知的有限时间热力学热效率的表达式。因此，约束棘轮，在线性制度，已被映射到一个有效的有限时间热力学模型。

2018-05-10cond-mat.stat-mech

用热电输运理论重新审视费曼棘轮

Revisiting Feynman's ratchet with thermoelectric transport theory

我们展示了如何用于热电运输的形式主义可能会适应Smoluchowski的开创性的思想实验也被称为费曼的棘轮和棘爪系统。我们的分析依赖于有用通量的概念，对于热电系统是电流，对于费曼棘轮是有效的跳跃频率。我们的方法产生原始洞察系统的属性的推导和分析。特别是，我们定义了一个熵每齿类比的熵每载波或塞贝克系数，我们推导出类似的开尔文第二关系费曼的棘轮。由于热电发电机（TEG）和费曼棘轮的热通量平衡方程之间的形式相似性，我们引入了一个分布参数，量化的热量，流过的冷，热侧的两个热机。虽然对于TEG来说$γ$ = 1/2是公认的，但是对于费曼棘轮来说它等于1。这意味着在后一种情况下，在冷储器中没有热量被排出。此外，对最大功率时的效率的分析表明，所谓的费曼效率对应于外可逆发动机的效率，其中$γ$ = 1。然后，转向非线性政权，我们推广的方法的基础上的对流图片，并引入两种不同类型的电阻来区分所考虑的系统的动力学行为，从它的耗散能量的能力。最后，我们提出了强烈的相似性之间的原始费曼棘轮和介观热电发电机与一个单一的导电通道。

2014-08-17cond-mat.mes-hallcond-mat.stat-mech

将超导二极管转化为费曼棘轮以实现纳米级热机

Turning a superconducting diode into a Feynman ratchet to realize a nanoscale heat engine

RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Sabanci University（萨贝里大学）；University of Twente（特温特大学）；University of Geneva（日内瓦大学）

该研究提出基于约瑟夫森结的超导二极管型费曼棘轮，实现纳米级热机，可从温度梯度的热涨落中做功，还分析其功率、效率及反向运行作珀尔帖冷却器的条件。

2026-10-14cond-mat.mes-hallcond-mat.stat-mechquant-ph

受限几何中的热棘轮效应

Thermal ratchet effect in confining geometries

提出了Feynman-Smoluchowski棘轮的随机模型，并利用推广的Fick-Jacobs理论进行了求解。该理论充分捕捉了棘轮对热浴温度差的非线性响应。棘轮性能进行了讨论，使用平均速度，两个热源之间的平均热流和品质因数，它量化的能量成本，以达到一定的平均速度。理论的局限性测试比较其预测数值。我们还证明了棘轮效应出现在模型和概率流的旋转之间的连接和解释的平均速度使用简单的离散模拟的模型的方向。

2017-02-27cond-mat.stat-mech

两热源间受限布朗棘轮的输运系数

Transport coefficients for a confined Brownian ratchet operating between two heat reservoirs

讨论了抛物势模型下布朗粒子在具有软壁的周期性非对称通道中的二维扩散。在通道中，粒子在横向和纵向上经历不同的噪声强度或温度。该模型的灵感来自著名的费曼的棘轮和棘爪。利用Fick-Jacobs近似的思想，我们导出了粒子的平均速度、有效扩散系数和势单胞中的定态几率密度。对于较小的沟道宽度，推导出的结果是准确的。然而，我们检查精确的数值计算，他们定性地描述观察到的棘轮效应的任意宽度的通道。

2016-07-28cond-mat.stat-mech

量子谐振奥托热机与制冷机的统一折衷优化

Unified trade-off optimization of quantum harmonic Otto engine and refrigerator

我们调查的量子奥托发动机和制冷循环的最大$Ω$ -功能，一个权衡的目标函数，代表了一个特定的工作之间的折衷的能量收益和损失的条件下工作的时间依赖的谐振子，绝热和非绝热（突然）频率调制。我们推导出奥托循环的效率和性能系数的解析表达式。对于绝热驱动的情形，指出在低温区，谐振Otto热机（制冷机）可以映射到Feynman的棘轮棘爪模型，这是一个稳态经典热机。对于频率的突变，我们得到了效率-功曲线的环状行为，这是不可逆热机的特征。最后，我们讨论了制冷机在最大$Ω$ -函数下的制冷功率行为，并指出了制冷机的最佳工作点。

2021-12-20cond-mat.stat-mechquant-ph

有限信息下Feynman棘轮的性能估计

Estimating performance of Feynman's ratchet with limited information

我们估计的性能的费曼棘轮在给定值的冷热水库的温度比（$θ$）和品质因数（效率的情况下发动机和coefficienct的情况下的制冷机的性能）。后者意味着观测者只知道两个内禀能量尺度的比值，但它们的精确值是完全不确定的。不确定能量参数的先验概率分布被认为是Jeffreys先验。我们定义了一个平均测量的模型的性能平均，在先验分布，功率输出（热机）或$χ$ -标准（冰箱），这是产品的热吸收率从冷水库和性能系数。我们观察到，品质因数，在最佳性能接近平衡，是由先前的平均程序再现。此外，我们得到了著名的有限时间热力学的效率在最佳功率和性能系数在最佳$χ$ -准则，分别由$1-\sqrtθ$和$1/\sqrt{1-θ}-1$。这种类比进一步探讨，我们指出，预期的热流和水库，作为一个有效的牛顿流的行为。在一类量子热机的准静态模型中，我们还证明了在Jeffreys先验的作用下，CA效率是如何出现在渐近极限的。

2015-07-15cond-mat.stat-mechphysics.data-an

高效布朗热机的建模

Modeling an efficient Brownian heat engine

本文将微型布朗热机模拟为布朗粒子在粘性介质中的跳跃，讨论了棘轮势的细分对热机性能的影响（有或没有负载）的协助下，交替放置的热和冷热浴沿其路径。我们表明，速度，制冷机的效率和性能系数在制冷机电势被细分为较小的连接势垒串联的串联时最大化。当发动机准静态工作时，由于通过动能的不可逆热流，发动机的效率不能接近卡诺效率，制冷机的性能系数始终小于卡诺制冷机。

2008-04-02cond-mat.othercond-mat.stat-mech

Langevin系统流的熵界

Entropic bounds on currents in Langevin systems

我们推导出一个广义电流的朗之万系统的总熵产生的系统和它的环境。对于过阻尼动力学，任何广义电流都受总熵产生率的限制。我们发现，这种熵约束的广义电流的大小施加功率效率的权衡关系棘轮接触热浴：最大效率-卡诺效率的Smoluchowski-费曼棘轮和统一的闪烁或摇摆棘轮-只能达到在消失的功率输出。对于欠阻尼动力学，虽然可能有可逆的电流，不受熵产生率的限制，我们表明，输出功率和热吸收率是不可逆的电流，因此服从相同的约束。因此，功率效率权衡关系不仅适用于欠阻尼棘轮，而且适用于周期性驱动的热机。对于弱驱动，绑定的结果在Onsager矩阵上的额外的约束超出了第二定律所施加的。最后，我们讨论了在非热的情况下，摩擦和噪声强度是状态相关的热和熵之间的联系。

2018-03-26cond-mat.stat-mech

不可逆布朗热机

Irreversible Brownian heat engine

我们将布朗热机建模为在周期性棘轮势中跳跃的布朗粒子，其中棘轮势与线性降低的背景温度耦合。结果表明，即使在准静态极限下，这种布朗热机的效率也远低于卡诺效率。在准静态极限下，热机的效率接近内可逆热机$η=1-\sqrt{{T_{c}/T_{h}}}$ \cite{c18}的效率。另一方面，发动机的最大动力效率接近$η^{MAX}=1-({T_{c}/T_{h}})^{1\over 4}$。此外，通过省略通过动能的热交换，解析地探索电流以及效率对模型参数的依赖性。在这种情况下，我们表明，优化的效率总是在quaistatic极限和最大功率的效率之间。另一方面，最大功率下的效率总是小于优化效率，因为粒子的快速运动是以能量成本为代价的。时间对电机性能的作用也通过数值模拟进行了探讨。我们的数值计算结果表明，时间$t$以及外部负载决定的颗粒速度的方向。此外，热机的性能随时间而提高。在大$t$（稳态）时，制冷机的速度、效率和性能系数达到最大值。

2016-06-28cond-mat.stat-mech

紧耦合热机非线性响应本构关系及最大功率效率普适性

Constitutive Relation for Nonlinear Response and Universality of Efficiency at Maximum Power for Tight-Coupling Heat Engines

通过推广非线性不可逆热力学，我们对非平衡热机提出了一个统一的观点。对于紧耦合热机，从对称性论证和失速条件出发，导出了精确到二次阶的一般非线性本构关系。通过将这种一般的非线性本构关系应用于有限时间热力学，我们得到了最大功率效率普适性的充要条件，其中指出，一个紧密的-耦合热机在最大功率下的效率达到二次阶，当且仅当热机与两个热源对称地相互作用，或者流经热机的基本热能与热源的能量匹配时，发动机的特征能量。结果，我们解决了以下悖论：一方面，紧耦合热机最大功率效率的泛二次项被证明是对称性的结果[M。Esposito，K. Lindenberg和C. Van den Broeck，Phys. Rev. Lett. 102，130602（2009）; S. Q. Sheng和Z. C. Tu，Phys.Rev.E89，012129（2014）];另一方面，两种典型的热机，包括Curzon-Ahlborn内可逆热机[F. L. Curzon和B.阿尔博恩43，22（1975）]和费曼棘轮[Z. C. Tu，J.Phys.A41，312003（2008）]恢复了最大功率下的通用效率，而不管任何对称性。

2015-01-17cond-mat.stat-mech