Maximum Efficiency of Heat Engines Based on a Small System: Carnot Cycle at the Nanoscale
基于小系统研究了卡诺循环热机的最大效率。结果表明，由于系统的有限性，当工质与热浴接触时，可能出现不可逆性。因此，有一个工作物质依赖于通常的卡诺效率的修正，这是有效的，只有当工作物质是在热力学极限。本文用相对熵导出了卡诺循环热机最大效率的一般而简单的表达式。当工作物质的尺寸增加到热力学极限时，该最大效率渐近地接近通常的卡诺效率。我们的研究扩展了卡诺的结果，任意大小的工作物质的情况下，并展示了小系统中的热力学的微妙之处。
2014-02-04 cond-mat.stat-mech
Carnot efficiency and zero-entropy-production rate do not guarantee reversibility of a process
零熵产生速率下的热力学过程被认为是可逆过程。达到卡诺效率的过程也被认为是可逆过程。因此，“零EP速率下的卡诺效率"条件可被视为可逆过程的强等效条件。然而，在这里，我们表明，细致平衡可以打破零EP率过程，甚至在量子点模型的一个例子中，在零EP率实现卡诺效率的过程。这清楚地表明，“零EP速率下的卡诺效率”或仅仅“零EP速率”不是可逆过程的充分条件。
2018-12-27 cond-mat.stat-mech
Efficiency at the maximum power of the power law dissipative Carnot-like Heat engines with non-adiabatic dissipation
研究了有限时间内非绝热耗散（有限时间绝热过程中的内耗散摩擦）卡诺型热机在幂律耗散状态下的最大功率效率。我们发现非绝热耗散不影响广义耗散类卡诺热机在最大功率时效率的最小和最大界。
2019-12-05 cond-mat.stat-mech
Comment on "Carnot efficiency at divergent power output" (and additional discussion)
在最近的一封信[EPL，118（2017）40003]中，Polettini和Esposito声称，理论上，热力学机器可以通过使用无限快的过程在不同的功率输出下实现卡诺效率。然而，这种说法似乎是误导性的，因为它没有得到下面所示的推导的支持。在这篇评论中，我们首先指出，关于最佳效率的概念存在着混淆。然后，我们分析了参考文献[EPL，118（2017）40003]中描述的量子点发动机，并证明卡诺效率仅在输出功率消失时恢复。此外，在附录中还讨论了利用无穷大的摩擦力达到卡诺效率的问题。
2018-01-31 cond-mat.stat-mech
Diverging, but negligible power at Carnot efficiency: theory and experiment
本文讨论了在准静态条件下，热机在非零功率输出下达到卡诺效率的可能性。我们重点关注广泛用于描述实际HE性能的几个模型。这些模型包括量子热电器件、线性不可逆HE、最小非线性不可逆HE、工作在低耗散状态的HE、过阻尼随机HE和欠阻尼随机HE。虽然这些HE中的一些可以在非零甚至发散功率下达到卡诺效率，但是与这些系统中可达到的最大功率相比，该功率的幅度总是可以忽略的。我们提供的条件，实现卡诺效率在个别型号，并解释实际方面与达到卡诺效率在大功率输出。此外，我们展示了如何我们的研究结果可以在实践中使用一个标准的布朗HE实现可用的显微操作技术进行测试。
2018-04-05 cond-mat.stat-mech
Geometric Formulation of Power-Efficiency Bounds in Carnot-like Engines
KU Leuven（荷语鲁汶大学）
将卡诺类热机的功率-效率约束转化为归一化分支耗散平面上的几何优化问题，通过线性规划得到幂律耗散下的精确约束。
2026-07-03 cond-mat.stat-mech
Bounds of efficiency at maximum power for linear, superlinear and sublinear irreversible Carnot-like heat engines
基于弱内可逆假设和唯象不可逆热力学，研究了不可逆类卡诺热机的最大功率效率。结果表明，对于最大功率工作的热机，弱内可逆假设可以退化为传统假设。根据传热率与热力学力之间本构关系的不同特点，类卡诺热机可分为线性、超线性和次线性三类。证明了类卡诺热机的电磁脉冲在线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C/(2-η_C)$之间，在超线性型时分别有界于0和$η_C/(2-η_C)$之间，在次线性型时分别有界于$η_C/2$和$η_C$之间，其中$η_C$是卡诺效率.
2012-04-20 cond-mat.stat-mech
Carnot efficiency at divergent power output
热力学机器在有限功率下实现卡诺效率的广泛争论的可行性已经令人信服地被驳回。然而，普遍的智慧，效率只能是最佳的限制无限慢的过程忽略了无限快的过程的双重场景。我们证实，有效的发动机在不同的功率输出在理论上是不可能的，框架内的随机热力学理论我们的要求。我们检查的情况下，一个电子量子点耦合到三个粒子水库，以说明物理原理。
2017-07-27 cond-mat.stat-mech
A Minimal Model for Carnot Efficiency at Maximum Power
本研究提出一种最小热机模型，借助工作物质内的简并度等固有发散物理量，突破传统热机的功率-效率权衡，实现最大功率下的卡诺效率，为多体系统能量利用的集体优势提供新认知。
2024-11-22 cond-mat.stat-mech
Optimized efficiency at maximum $\dotΩ$ figure of merit and efficient power of Power law dissipative Carnot like heat engines
本文研究了具有有限时间非绝热耗散的两个不可逆等温过程和两个不可逆绝热过程的幂律耗散类卡诺热机循环，研究了在两个优化准则$\dotΩ$优值和有效功率$χ_{ep}$下的效率。在上述优化准则下，得到了最优效率的广义极值界。在耗散水平$δ$ = 1的条件下，得到了低耗散类卡诺热机在这些优化准则下效率的上下界.与最大功率下的效率相印证，该结果还表明，非绝热耗散的存在并不影响低耗散模型中这两个目标函数优化的效率的极值界限。
2021-03-10 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of low dissipation Carnot engines
我们研究的效率在最大功率，$η^*$，发动机执行有限时间卡诺循环之间的热和冷水库温度$T_h$和$T_c$，分别。对于在可逆极限（长循环时间，零耗散）下达到卡诺效率$η_C=1-T_c/T_h$的发动机，我们发现在低耗散极限下，$η^*$由$η_C/(2-η_C)$和$η_C/2$从上到下限定。当冷等温相和热等温相的耗散比分别趋于零或无穷大时，就达到了这些界限。对于对称耗散（比率1），恢复了Curzon-Ahlborn效率$η_{CA}=1-\sqrt{T_c/T_h}$。
2010-09-15 cond-mat.stat-mech
Irreversible efficiency and Carnot theorem for heat engines operating with multiple heat baths in linear response regime
卡诺定理是热力学第二定律的一种表述，它为在两个热浴之间运行的热机的效率设定了一个基本的上限。卡诺定理可以用更一般化的形式来表述，用于在多个热浴中操作的热机，其中最大效率是在两个热浴之间准静态地操作的可逆热机实现的。在这项研究中，我们确定了热机的不可逆效率与多个热浴在线性响应制度，即，在小的温差和控制参数的缓慢变化下，通过量化不可逆操作的耗散的影响。由于所得结果是基于线性响应理论的普遍框架中的线性响应关系和涨落耗散定理，因而对线性响应区的不可逆热机具有广泛的适用性。
2022-06-02 cond-mat.stat-mech
Incompatibility between Carnot efficiency and finite power in Markovian dynamics
在具有局部细致平衡条件的马尔可夫动力学中，我们将总熵产生率分解为微观跃迁。通过应用这种分解的热功转换过程中，我们严格表明，卡诺效率意味着零功率的任何热机，即使打破了时间反演对称性超出线性响应制度。此外，我们提出了一个权衡关系的熵产生率和热流之间的系统和浴。
2016-05-03 cond-mat.stat-mech
Bounds of Efficiency at Maximum Power for Normal-, Sub- and Super-Dissipative Carnot-Like Heat Engines
根据“等温”过程中最小不可逆熵产与完成这些过程所需时间的关系，将类卡诺热机分为正常耗散、亚耗散和超耗散三类。本文证明了正常、亚、超耗散类卡诺热机在最大功率时的效率分别有界于$η_C/2$与$η_C/(2-η_C)$、$η_C /2$与$η_C$、0与$η_C/(2-η_C)$之间。这些边界也被线性、亚线性和超线性不可逆卡诺式发动机所共享[Tu和Wang，Europhys. Lett. 98，40001（2012）]，尽管耗散发动机和不可逆发动机彼此不等价。
2013-01-24 cond-mat.stat-mech
The unlikely Carnot efficiency
热机的效率传统上被定义为其平均输出功与其平均输入热的比率。它的最高可能值由卡诺在1824年发现，是热力学的基石概念。它导致了第二定律的发现和开尔文温标的定义。小型发动机工作在高度波动的输入和输出能量通量的存在。因此，它们更好地表现为波动效率。在这项研究中，使用波动定理，我们确定效率波动的普遍特征。虽然标准的热力学效率是，正如预期的那样，最有可能的值，我们发现，卡诺效率是，令人惊讶的是，在很长的时间限制的可能性最小。此外，效率的概率分布假设一个通用的缩放形式时，接近平衡运行。我们说明我们的结果分析和数值模拟两个模型系统。
2014-09-03 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power output of an irreversible Carnot-like cycle with internally dissipative friction
我们调查的效率在最大功率的不可逆卡诺发动机进行有限时间的两个水库之间的温度$T_h$和$T_c$ $(T_c<T_h)$的循环，考虑到内部耗散摩擦在两个“绝热”过程。在无摩擦的情况下，最大功率输出时的效率被恢复为位于$η_{_C}/$和$η_{_C}/(2-η_{_C})$之间，其中$η_{_C}=1-T_c/{T_h}$是卡诺效率。热、冷等温过程中耗散的强极限导致最大功率输出时的效率分别接近$η_{_C}/$和$η_{_C}/(2-η_{_C})$的值。当两个等温过程和两个绝热过程的耗散分别对称时，最大功率输出时的效率被发现在0和Curzon-Ahlborn（CA）效率$1-\sqrt{1-η{_C}}$之间，并且CA效率是在没有内耗散摩擦的情况下实现的。
2012-06-08 cond-mat.stat-mech
Experimental implementation of finite-time Carnot cycle
卡诺循环是理想热机的原型，以最大效率从两个热浴之间的热通量中提取机械能，称为卡诺效率$η_{\mathrm{C}}$。这种效率只能通过具有无限时间的消耗平衡过程来达到，同时伴随着单位时间内功率-能量输出的消失。在现实世界的应用中，追求获得高功率导致一个悬而未决的问题，是否存在一个基本的最大效率有限时间热机与给定的功率。我们实验实现了以密封干燥空气为工质的有限时间卡诺循环，验证了功率与效率之间存在权衡关系。发动机的效率达到$(0.524\pm0.034)η_{\mathrm{C}}$，以产生最大功率，与理论预测$η_{\mathrm{C}}/2$一致。我们的结果将为研究由非平衡过程组成的有限时间热力学提供一个新的平台。
2022-06-21 cond-mat.stat-mech
Approaching Carnot efficiency at maximum power in linear response regime
我们构造了一个例子的热机，其效率在最大功率打破了以前推导的界限，在线性响应制度。这个例子以经典谐振子作为工作物质，进行有限时间的奥托循环。使用一种特定的绝热捷径，只在线性响应范围内有效，准静态工作在任意短的时间内进行。循环持续时间然后被减少到仅在热化冲程期间的弛豫时间的总和。因此，功率是最大的，因为功是最大的（准静态功）并且循环持续时间是最小的。通过适当选择两个热浴的温度之间的比率，可以使最大功率下的效率任意地接近卡诺效率。
2019-12-03 cond-mat.stat-mech
Low-dissipation Carnot-like heat engines at maximum efficient power
本文以效率与输出功率的乘积（即有效功率）为目标函数，研究了低耗散状态下类卡诺热机的最优性能。有效功率函数代表了热机的功率和效率之间的最佳折衷。我们发现上下限的效率在极端不对称耗散的情况下，当在冷和热接触的耗散系数的比率接近，分别为零或无穷大。此外，我们还得到了对称耗散情况下的效率形式。我们还讨论了最大有效功率下效率的普遍特征，并利用作者最近提出的全局线性不可逆框架导出了效率的界。
2018-06-27 cond-mat.stat-mech
Molecular kinetic analysis of a local equilibrium Carnot cycle
我们确定了一个理想气体粒子的速度分布函数，它与局部平衡假设和满足内可逆性的基本热力学关系相兼容。我们发现，这种分布是一个麦克斯韦-玻尔兹曼分布与空间均匀的温度和空间变化的当地的质心速度。我们构造的局部平衡卡诺循环的理想气体，基于此分布，并表明，本循环的效率是由内可逆卡诺效率使用的气体的分子动力学温度。我们还得到了在小温差下循环的最大功率效率的解析表达式。我们的理论也被分子动力学模拟所证实。
2017-07-14 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power output of linear irreversible Carnot-like heat engines
基于工质在各“等温”过程中的不可逆熵产率是工质与热源之间的热交换率的二次型的假设，研究了线性不可逆类卡诺热机在最大功率输出时的效率。结果表明，在类卡诺循环的两个等温过程中，最大功率输出对应于不可逆熵产的最小化，最大功率输出时的效率具有$η_{mP}={η_C}/(2-γη_C)$的形式，其中$η_C$是卡诺效率，而$γ$取决于工质与两个贮液器之间的传热系数. $η_{mP}$的值介于$η_{-}\equiv η_C/2$和$η_{+}\equivη_C/(2-η_C)$之间。这些结果与Chen和Yan [\textbf{90}，3740（1989）]基于内可逆假设获得的结果一致，与Esposito \textit{et al.} [Phys.Rev.Lett. \textbf{105}，150603（2010）]，以及Schmiedl和Seifert [EPL \textbf{81}，20003（2008）]针对随机热机获得的那些，其实际上也满足低耗散假设。此外，我们发现，内可逆假设恰好适用于基于我们的基本假设的最大功率输出的卡诺类热机，并且我们所关注的卡诺类热机并不严格满足低耗散假设，这意味着低耗散假设或我们的基本假设是充分的，但不是给出了$η_{mP}={η_C}/(2-γη_C)$有效的必要条件以及$η_{-}\equiv η_C/2$和$η_{+}\equivη_C/(2-…
2011-12-09 cond-mat.stat-mech
Inattainability of Carnot efficiency in the Brownian heat engine
讨论了布朗热机的可逆性。我们对Büttiker-Landauer系统的Kramers方程进行了渐近分析，定量地证明了即使在完全过阻尼极限下，卡诺效率也是不可达到的.这种不可达性归因于温度边界上不可避免的不可逆热流。
2000-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum heat engine based on trapped Bose gases: Its maximum efficiency can approach the Carnot value at finite power
有文献报道，当且仅当比热、关联长度和动力学指数$α, ν$和$z$满足条件$α-zν>0$，相变可以使量子热机在有限功率下接近卡诺效率。我们从另一种不同的方法开始分析，其中相互作用和涨落对囚禁的稀玻色气体的哈密顿量的影响与$XY$模型具有相同的普适性。基于量子Otto热机模型，我们得到了包含相互作用修正和临界点处涨落的效率的一般表达式，并证明了在$α-zν<0$的玻色-爱因斯坦凝聚点附近，能量涨落可以使卡诺效率达到非零功率.这种量子热机也可以通过在循环的绝热过程中改变限制理想和弱相互作用玻色气体的阱的形状来实现。这些量子热机工作与被困玻色气体，这是基于冷却玻色冷凝物的技术，可以实现在目前的技术。
2022-02-15 cond-mat.stat-mech
Brownian Carnot engine
卡诺循环对在两个热浴之间操作的宏观马达的效率施加了基本上限。然而，这个界限需要在微观尺度上重新解释，分子生物发动机和一些人造微引擎在那里运行。正如随机热力学所描述的，微观系统中的能量转移是随机的，热波动引起熵的瞬时减小，允许可能违反卡诺极限。尽管其潜在的相关性的发展热力学的小系统，微观卡诺发动机的实验研究仍然缺乏。在这里，我们报告的卡诺发动机的实验实现与一个单一的光学捕获布朗粒子作为工作物质。我们提出了一个详尽的研究的能量的发动机和分析的波动的有限时间的效率，表明卡诺约束可以被超越为少数的非平衡循环。作为其宏观对应物，我们的卡诺装置的能量学表现出人们期望在不同温度下与浴一起操作的任何微观能量换能器中观察到的基本性质。我们的研究结果表征了发动机中不可逆性的来源和效率的统计特性-这一见解可以激发高效纳米电机设计的新策略。
2015-07-30 cond-mat.stat-mech
Stochastic pumping of heat: Approaching the Carnot efficiency
随机噪声可以在没有温度梯度的情况下（或逆着温度梯度）在不对称的纳米物体上产生单向热流。我们提出了一个极小模型的分子级随机热泵，可以任意接近卡诺效率。该模型由一个波动的分子单元耦合到两个固体，其特征在于不同的声子光谱特性。热泵持续广泛的系统和浴参数。此外，通过过滤库的声子，泵浦效率可以接近卡诺极限。
2008-11-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Van der Waal's gas equation for an adiabatic process and its Carnot engine efficiency
对于服从范德瓦尔状态方程的气体，已有许多研究。然而，在大学教科书和文献中，还没有对经历绝热过程的范德瓦尔气体进行具体和直接的研究。在绝热过程中，系统与其周围环境之间没有热能交换。本文发现绝热过程的范德瓦尔方程为$\left(P+\frac{n^2a}{V^2}\right) \left(V-nb\right)^Γ=\mbox{constant}$，其中$P$为压力，$V$为体积，$n$为范德瓦尔气体的摩尔数，$a$和$b$为范德瓦尔常数，$Γ$为联系定压定容比热的因子。我们明确地利用这个关系，得到了工质服从范德瓦尔状态方程的卡诺热机的效率。我们最简单的方法可以使大学生清楚地认识到$Γ$不同于理想气体的绝热过程的$γ$。我们还证明了卡诺热机的效率与工质无关。
2017-11-08 cond-mat.stat-mech
Carnot, Stirling, Ericsson stochastic heat engines: Efficiency at maximum power
本研究探讨了执行类Carnot、Stirling和Ericsson循环的随机热机，通过低耗散框架下的有限时间循环过程，求得了其在最大功率下的效率。
2022-11-09 cond-mat.stat-mech
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。
2018-04-08 cond-mat.stat-mech
Efficiency of the general quantum-mechanical Carnot engine
一个量子力学模拟卡诺引擎可逆地工作在消失的温度，简称量子力学卡诺引擎，进行了讨论。本文给出了任意约束势下这种发动机效率的一般公式。它的表达式纯粹是根据能谱的结构给出的。效率依赖于热力学中工质的类似势的形式，意味着发动机的非普适性。这可能是由于在纯态量子力学中缺少类第二定律原理。
2013-04-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Role of the superposition principle for enhancing the efficiency of the quantum-mechanical Carnot engine
叠加原理的作用被讨论用于由Bender、Brody和Meister引入的量子力学卡诺引擎[J. Phys. A 33，4427（2000）]。结果表明，通过量子态的叠加可以提高发动机的效率。对有限时间过程进行了讨论，给出了最大功率输出的条件。有趣的是，在最大功率下的效率低于没有叠加的效率。
2012-01-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maximum power of a two-dimensional quantum mechanical engine with spherical symmetry
我们研究了球对称的二维量子卡诺引擎，考虑的情况下，一个粒子的表面上的一个球的半径变化。卡诺循环的建立允许系统的状态改变与具体的约束条件中讨论的本德的工作卡诺循环。在研究卡诺循环之后，我们最大化系统的输出功率和效率，以表明正如在一维系统中发生的那样：（i）效率可以被优化;其最优值与描述系统的参数无关，并且在最优效率下的最优输出功率是非零的。(ii)球形系统的最优效率比Abe工作中考虑的一维量子阱的最优效率大得多。
2019-09-30 cond-mat.stat-mech
Increasing thermoelectric efficiency towards the Carnot limit
我们研究了热电问题，并提出了一个简单的微观机制，提高热电效率。考虑开放的经典遍历台球中粒子和能量的交叉输运。我们发现，在线性响应制度，我们找到所有的传输系数的精确表达式，理想的遍历气体的热电效率可以接近卡诺效率足够复杂的载流子分子。我们的结果清楚地证明了一个简单的数值模拟的洛伦兹气体的粒子与内部旋转自由度。
2008-02-27 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Quantum Carnot thermal machines re-examined: Definition of efficiency and the effects of strong coupling
本文研究强耦合量子卡诺热机的最大效率，基于精确热力学第一定律提出超额与混合两种效率定义，证明二者分别给出 Carnot 上限保持与强耦合抑制效率的结论。
2024-02-02 cond-mat.stat-mech
Carnot process with a single particle
我们确定了由单个粒子组成的经典理想气体的等温体积变化功的统计量。将我们的结果与Lua和Grosberg [J. Chem. Phys. B 109，6805（2005）]关于绝热膨胀和压缩的发现相结合，然后我们分析了微观非平衡卡诺循环的热和功的联合概率分布，并确定了其在最大功率下的效率。
2013-05-24 cond-mat.stat-mech
Carnot Cycle at Finite Power: Attainability of Maximal Efficiency
我们想知道在有限的功率下，热机是否能达到最大效率，以及在多大程度上能达到最大效率。为此，我们推广卡诺循环，使其不限于缓慢的过程。我们表明，现实的（即不是有目的地设计的）发动机浴的相互作用，工作最佳的发动机执行广义周期接近最大效率有一个很长的周期时间，因此消失的权力。这方面被证明与计算复杂性理论有关。同样效应的物理表现是蛋白质折叠问题中的莱文塔尔悖论。现实蛋白质的这个悖论的解决方案允许构建引擎，可以在有限的功率下提取最大可能工作的40%，达到最大效率的90%。对于有目的地设计的发动机浴相互作用，卡诺效率可以在大功率下实现。
2013-12-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Comment on: "Sadi Carnot on Carnot's theorem"
卡诺在1824年建立了在绝对温度$T_{hot}$的热浴和温度$T_{cold}$的冷浴之间操作的可逆发动机的效率$η_{C}$等于$1-T_{cold}/T_{hot}$。卡诺特别考虑空气作为工作流体和小浴温差。然而，在最近发表的一篇论文[“Sadi Carnot on Carnot's theorem”，\textit{Am. J. Phys.} \textbf{70}（1），42-47，2002]中，Guemez和其他人考虑了一个包含两个等压线的“修正循环”，他们错误地将其归因于Carnot。他们计算的效率大大低于$η_{C}$，并建议卡诺补偿错误。我们的论点是，卡诺理论恰恰相反，是完全准确的。
2003-07-22 cond-mat.stat-mech physics.hist-ph
Onsager coefficients of a finite-time Carnot cycle
本文研究了弱相互作用气体的有限时间卡诺循环，该气体可以看作是$T_\mathrm{h}-T_\mathrm{c}\to 0$极限下的近似理想气体，其中$T_\mathrm{h}$和$T_\mathrm{c}$分别是热库和冷库的温度.在此极限下，我们可以假设循环工作在线性响应状态，并可以使用基本分子动力学理论分析计算此循环的Onsager系数。我们发现，这些Onsager系数满足所谓的紧耦合条件，这一事实解释了为什么效率在最大功率$η_\mathrm{max}$的这个周期可以达到Curzon-Ahlborn效率从线性响应理论的观点。
2009-07-28 cond-mat.stat-mech
An Information-Theoretic Bound on Thermodynamic Efficiency and the Generalized Carnot's Theorem
Politecnico di Torino（都灵理工大学）
本文推导了热机效率的更严格界限，适用于经典和量子热机，并展示了量子点与费米浴耦合的引擎可达到该界限，为实际能量收集设备提供设计原理。
2026-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Entropy-based analysis of single-qubit Otto and Carnot heat engines
Facultad de Ingeniería, Universidad de la República（共和国大学工程学院）
该研究基于熵基理论分析了单量子比特Otto和Carnot热机的效率，揭示了相干工作与熵生成对热机性能的影响。
2026-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimizing low-dissipation Carnot-like thermal devices with heat leak
本研究针对低耗散类卡诺热器件中热漏作用研究不足的问题，构建了纳入热漏的统一框架，推导了新的性能边界关系，证明三类器件最优性能可通过优化循环平均熵产率实现，拓展了相关热力学结论的适用范围。
2025-04-17 cond-mat.stat-mech
Work-extraction from fluid flow: the analogue of Carnot's efficiency
为了探索风力机的物理极限，我们开发了一个模型，用于确定可压缩流体流可提取的功。该模型采用了质量守恒，能量和熵，并导致一个普遍的约束的工作效率提取的动能。的界限是达到一个足够慢，弱被迫准一维，无耗散流。在某些方面，这个界限类似于热机效率的卡诺极限。更一般地说，我们表明，最大的工作提取需要从焓的贡献，并达到声波输出速度和强大的强迫。
2020-02-18 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Quantum-dot Carnot engine at maximum power
我们评估的效率在最大功率的量子点卡诺热机。再现了温度梯度中线性和二次阶系数的普适值。Curzon-Ahlborn效率在弱耗散极限下得到恢复。
2010-01-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of a Carnot quantum information engine
本文针对量子信息引擎，提出了广义有限时间Carnot循环，在低耗散区间优化功率输出，推导出适用于任意工作介质的最大功率效率通用公式，并研究了弱能量测量下qubit信息引擎的最优性能。
2023-01-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
Approaching Carnot Efficiency at Finite Power in an Experimentally Feasible Quantum Heat Engine
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Quantum Computing (RQC)（理化学研究所量子计算中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学研究所）；Kyushu University（九州大学）
研究热机在有限功率下逼近卡诺效率的问题，提出用超导电路热机模拟集体增强来实现，此结果规避了经典马尔可夫热机功率-效率权衡，连接抽象界限与具体平台，为量子器件设计提供途径。
2026-07-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
An Exact Model of the Power/Efficiency Trade-Off While Approaching the Carnot Limit
卡诺热机设定了热机效率的上限。作为一个理想的可逆发动机，一个循环必须在无限长的时间内完成，因此卡诺发动机的功率为零。然而，原则上并不禁止存在一种热机，其效率接近卡诺热机，同时保持有限的功率。这样的发动机必须具有非常特殊的性能，其中一些在文献中已经讨论过，在不同的限制。虽然最近的定理排除了一大类发动机在卡诺效率下保持有限功率的可能性，但接近极限的方法仍然值得深入研究。这里提出的是一个完全可解的模型，这种方法，可以作为一个实验室探索的基本机制。状态方程起源于带电黑洞的扩展热力学。
2018-06-25 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Power-efficiency-stability trade-off in quantum information engines
该研究聚焦有限时间量子Carnot信息引擎的功率-效率-稳定性权衡，通过解析计算输出功的均值与方差，证明其可在有限功输出及涨落下达最大效率，且稳定性优于常规量子Carnot热机。
2025-09-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
Molecular kinetic analysis of a finite-time Carnot cycle
本文研究了弱相互作用气体（可视为近理想气体）的有限时间卡诺循环在最大功率$η_\mathrm{max}$处的效率。在与温度分别为$T_\mathrm{h}$和$T_\mathrm{c}$的热储层和冷储层相互作用的几个系统中，已知通常称为Curzon-Ahlborn（CA）效率的$η_\mathrm{max}=1-\sqrt{T_\mathrm{c}/T_\mathrm{h}}$为$η_\mathrm{CA}$。首次通过分子动力学模拟验证了$η_\mathrm{CA}$的有效性，并揭示了我们的$η_\mathrm{max}$并不总是与$η_\mathrm{CA}$一致，而是在$T_\mathrm{c} \to T_\mathrm{h}$的极限下接近$η_\mathrm{CA}$.我们的分子动力学分析仅用初等算术从理论上解释了上述事实。
2008-09-13 cond-mat.stat-mech
Beating Carnot efficiency with periodically driven chiral conductors
传统上，理想热机产生的功率不能大于卡诺极限。这一深刻的结果是基于热力学第二定律。一个热门的问题是，这个界限是否仍然是有效的微发动机远离平衡运行。在这里，我们证明了由交流电压驱动的量子手征导体确实可以以比卡诺束缚大得多的效率工作。该系统还从普通温度浴中提取功，违反了开尔文-普朗克声明。尽管如此，在适当的定义下，熵产生总是正的，第二定律是成立的。获得超过卡诺极限的效率的关键成分是：i）由于AC场的光辅助激发过程的不可逆熵产生，以及ii）由于手性而没有功率注入。我们的研究结果是相关的，鉴于最近的事态发展，使用小导体测试的热力学发动机的基本限制。
2022-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of a quantum Carnot engine with temperature tunable baths
我们研究了在两个温度可调浴之间进行有限时间循环的不可逆量子卡诺发动机的最大功率（EMP）效率。我们采用的温度形式可以在高温极限的挤压浴中实验实现，这使得我们的建议具有实际意义。专注于低耗散发动机，我们首先概括的电磁脉冲的温度可调的情况下，他们完全由广义卡诺限制的前上限和下限。作为一个说明性的例子，我们然后考虑一个最小的热机模型与两个级别的自旋作为工作介质。它模仿低耗散发动机确认有限时间热力学优化结果。这样得到的EMP，被约束的广义界限，以及描述的广义Curzon-Ahlborn效率的结果的左/右对称性的速率常数和低耗散。有趣的功能，这种最小的热机下的最佳功率输出也被证明。
2017-10-18 cond-mat.stat-mech quant-ph
A multipurpose information engine that can go beyond the Carnot limit
受Mandal和Jarzynski最近关于自治Maxwell恶魔信息引擎的工作的启发，我们通过引入两种不同的热浴来扩展他们的模型。系统（demon）耦合到存储器寄存器（磁带）和工作源。该系统的性能取决于这两个源之间的相互作用以及热浴。我们已经发现这个系统可以充当发动机、冰箱或橡皮擦。甚至在某些参数空间中，任何两个的组合都是可能的。我们已经实现了发动机的效率大于卡诺极限。制冷机的性能系数也达到大于卡诺极限。
2016-11-07 cond-mat.stat-mech
Carnot's theorem for nonthermal stationary reservoirs
卡诺定理对工作在两个处于热平衡的贮液器之间的发动机所能达到的最大效率提出了一个基本限制。我们将这一结果推广到任意非热稳态水库的情况，即使有量子相干性。为了做到这一点，我们证明了一个单一的非热储层形式上等价于多个平衡的。最后，我们讨论了实现引擎的可能性，工作在单位效率，利用量子相干性存在于水库。
2011-11-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Maximum work for Carnot-like heat engines with infinite heat source
本文分析了类卡诺热机的效率及其最大输出功的界限。传热过程用线性规律描述，导热系数随时间变化。效率的上限被认为是CA效率，并完成每个过程的持续时间和时间依赖的电导无关。证明了即使工质与热源充分换热，所能提取的功也是有限的。分析了换热过程中的最佳温度分布。当无量纲接触时间满足一定的关系时，恢复了内可逆模型。
2014-06-03 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Thermodynamic universality of quantum Carnot engines
热力学第二定律的卡诺陈述对所有热机的效率提出了上限。最近，已经研究了诸如相干性和量子纠缠的通用量子特征是否可以允许量子器件具有大于卡诺效率的效率。目前的研究表明，这是不允许的热力学热力学定律。特别是，我们将证明，而不是热的定义必须修改，以考虑到维持相干性和纠缠的热力学成本。我们的理论研究结果数值说明了实验相关的例子，从光学力学。
2015-10-02 cond-mat.stat-mech quant-ph
The power of a critical heat engine
自从两个世纪前热力学诞生以来，它一直引起人们的兴趣和基本问题。根据第二定律，任何热机的效率都不可能大于卡诺效率。后者可以通过卡诺发动机实现，然而理想情况下，卡诺发动机在无限时间内运行，因此提供零功率。一个目前悬而未决的问题是卡诺效率是否可以在有限的功率实现。大多数以前的作品解决了这个问题的Onsager矩阵形式主义的线性响应理论。在这里，我们追求一个不同的路线的基础上有限尺寸缩放理论。我们专注于量子奥托发动机，并表明，当工作物质处于二阶相变的边缘时，发散的能量波动可以使接近卡诺点而不牺牲功率。这种方法的速度是由临界指数决定的，从而显示了我们分析的普遍性。
2016-06-15 cond-mat.stat-mech
