Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
The underdamped Brownian duet and stochastic linear irreversible thermodynamics
在我们早期工作的基础上（Proesmans et.例如，物理学~修订版~ X \textbf{6}（2016），041010），我们引入欠阻尼布朗二重奏作为耗散系统或工作到工作引擎的原型模型。随机热力学理论的几个最新进展与明确的分析计算和相应的朗之万模拟说明。特别是，我们讨论了Onsager-Casimir对称性，功率，效率和耗散之间的权衡关系，以及随机效率。
2017-04-07 cond-mat.stat-mech
Heat devices in nonlinear irreversible thermodynamics
我们目前的结果，通过使用热器件的非线性不可逆模型。特别是，我们专注于全球性能特性，最大效率和效率在最大功率制度的热机，最大性能系数（COP）和COP在最大制冷功率制度的冰箱。我们分析了来自热泄漏和内部耗散的不可逆性之间的相互作用所发挥的关键作用。我们还讨论了这些结果之间的关系，由不同的模型得到的。
2015-05-21 cond-mat.stat-mech
Statistical Thermodynamics of Irreversible Aggregation and Gelation
二元聚集是已知的，在某些动力学规则下，导致两个种群的共存，一个是由有限大小的集群（溶胶），一个是包含一个单一的集群，携带有限的总质量的分数（巨大的组件或凝胶）。溶胶-凝胶转变通常通过与蒸汽冷凝的定性类比而被讨论为相变。在这里，我们表明，热力学相变的连接是严格的。我们开发的统计热力学不可逆的二元聚集在离散有限系统中，获得任意内核的配分函数，并表明，凝胶簇的出现具有相变的所有标志，包括一个不稳定的范德华循环。我们证明了理论，提出了完整的前和后的凝胶溶液与产品内核，$k_{ij}=i j$的聚集。
2014-11-15 cond-mat.stat-mech
The Rectified Second Law of Thermodynamics
平衡态热力学与Jarzynski的不可逆功定理相结合，以量化不可逆过程产生的过剩熵。由此得到的第二定律的修正形式与第一定律相似，在这个意义上，它有助于实验测量由不可逆功和热交换引起的过量熵变化，就像第一定律量化由可逆或不可逆功和热交换产生的能量变化一样。整流第二定律的一般形式被进一步应用到准静态不可逆（QSI）过程的一个子类中，对于该过程，系统和周围环境的所有热力学函数都保持连续良好的定义，从而通过沿着QSI路径积分精确的微分函数来促进过剩熵的测量。计算了RNA分子不可逆解折叠产生的机械和热过剩熵，结果表明。
2006-05-29 cond-mat.stat-mech
Gibbs entropy and irreversible thermodynamics
最近，通过动力系统理论，已经开发了许多方法来将粒子系统的微观动力学与非平衡定态系统的宏观性质联系起来。这样一来，动力学和不可逆热力学之间的直接联系就被发现了。然而，这些研究中使用的主要量是（粗粒度的）吉布斯熵，我们认为它目前的形式似乎不适合描述非平衡态。各种简化的模型也被设计出来，给出了明确的例子，说明粗粒度的方法如何成功地给出不可逆热力学的完整描述。我们分析了这些模型指出了一些困难，在我们看来，需要克服，以建立这些模型和不可逆热力学之间的物理相关的连接。
1999-08-25 chao-dyn cond-mat.stat-mech nlin.CD
Irreversible thermodynamics of thermoelectric devices: From local framework to global description
传统上，热电性是通过Onsager的不可逆通量力框架来解释的。热和电荷的耦合流动被建模为稳态流动，由热力学力驱动，热力学力定义在局部的梯度，强度参数，如温度和电化学电势。热电发电机是一种具有有限延伸的设备，其性能是根据总功率输出和总熵产生来衡量的。这些整体量自然地用从局部对应物导出的离散力或整体力来表示。我们用整体通量-力关系来分析热电热力学。这些关系清楚地表明，额外的二次依赖的驱动器通量的整体力量，对应的焦耳加热的过程。我们讨论了由这些通量-力关系定义的整体动力学系数，并证明了整体交叉系数的相等性是由局部系数的类似性质导出的。最后，我们澄清了温差能转换的全球框架和最近提出的最小非线性不可逆热力学模型之间的差异。
2020-07-08 cond-mat.stat-mech
Energy and entropy on irreversible chemical reaction-diffusion systems with asymptotic stability
在不可逆热力学的框架下，我们研究自治系统的反应扩散方程，以显示如何熵和自由能的开放和不可逆反应器依赖于浓度。要做到这一点，我们找到一个李雅普诺夫函数，直接依赖于线性和渐近稳定系统的线性化问题的有效的特征值和特征向量。通过建议这个李雅普诺夫函数作为内部自由能的作用，我们能够直接将动力学系统的性质反映到热力学第二定律中，从而重新定义化学势。我们证明了我们的假设与基本热力学原理的一致性，如Onsager提出的流量和力之间的比例关系，熵产生的谱分解和热力学系统的Glansdorff-Prigogine演化准则。
2021-11-23 cond-mat.stat-mech
Local equilibrium and the second law of thermodynamics for irreversible systems with thermodynamic inertia
对于具有时滞响应的非平衡系统，局部平衡的有效性一直受到质疑。特别是，对于具有非零热力学惯性的系统，局部平衡的假设导致熵产生的负值，这与热力学第二定律相矛盾。在本文中，我们解决这个问题，提出了一个变分制定的不可逆演化的系统与非零的热力学惯性。我们介绍拉格朗日，这取决于正常的和所谓的“镜像”系统的属性。我们表明，标准的发展方程，特别是麦克斯韦-Cattaneo-Vernotte方程，可以从变分过程中不超出局部平衡的假设。我们还认为，热力学第二定律应理解为变分过程和局部平衡性质的结果。对于具有瞬时响应的系统，这导致局部瞬时熵产生总是正的标准要求。然而，如果一个系统的特点是延迟响应，热力学第二定律的公式应该改变。特别是，这个量总是为正的，它不是瞬时熵产生，而是在热浪期间平均的熵产生。
2015-07-28 cond-mat.stat-mech
Boltzmann-Equation Based Derivation of Balance Laws in Irreversible Thermodynamics
本文提出了一种新的方法来构造描述各种不可逆现象的宏观平衡方程和本构方程。它基于非平衡态热力学的一般原理，包括四个基本步骤：选择合适的状态变量，选择严格凹熵函数，适当分离熵通量和产生率，并确定耗散矩阵。我们的方法利用EIT和GENERIC形式主义，并显示出直接对应Levermore的时刻封闭层次的玻尔兹曼方程。这一结果可以把从非平衡态热力学的一般原理出发的各种宏观建模方法置于基于玻尔兹曼方程的坚实微观基础之上。
2014-11-26 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Universal Ideal Behavior and Macroscopic Work Relation of Linear Irreversible Stochastic Thermodynamics
我们重新奥恩斯坦-乌伦贝克（Ornstein-Uhlenbeck）过程的基本数学描述的线性不可逆现象，波动，接近平衡。通过将稳态过程中的循环动力学视为经典保守力学的自然推广，利用著名的亥姆霍兹定理在一族具有平衡涨落的稳态过程和热力学之间建立了一座桥梁.亥姆霍兹定理提供了一个涌现的宏观“状态方程”的整个系统，它表现出普遍的理想热力学行为。本文从随机热力学的观点研究了宏观量的涨落，得到了宏观图象中的非平衡功关系，这有助于Jarzynski，Crooks，Hatano和Sasa等的实验研究和应用.
2015-03-20 cond-mat.stat-mech physics.data-an
Thermodynamics in the Limit of Irreversible Reactions
对于许多实际的物理化学复杂系统，详细的机理包括可逆和不可逆反应。这种系统在均相燃烧和多相催化氧化中是典型的。大多数复杂的酶反应包括不可逆步骤。经典热力学对不可逆反应没有极限，而动力学方程可能有这样的极限。我们将不可逆反应的体系表示为当某些平衡浓度趋于零时完全可逆体系的极限。极限反应系统的结构主要取决于这种趋向于零的相对速率。我们研究了极限系统的动力学，并将其极限行为描述为$t \to \infty$。如果可逆系统服从详细平衡原理，则具有不可逆反应的极限系统必须满足{ \em扩展的细致平衡原理}。它是制定和证明的形式中的两个条件：（i）可逆部分满足细致平衡的原则和（ii）不可逆反应的化学计量矢量的凸包不相交的线性跨度的化学计量矢量的可逆反应。这些条件意味着全局李雅普诺夫泛函的存在，并给出了极限行为的代数描述。通过对氢气燃烧的分析，阐明了可逆反应不可逆极限的热力学理论。
2012-10-11 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Integration of Quantum, Statistical, and Irreversible Thermodynamics in A Coherent Framework
本文提出利用DFT修正统计热力学（zentropy理论）并在组合定律中保留熵产生以推导通量方程（交叉现象理论），从而将量子、统计与不可逆热力学统一于一个无拟合参数的框架中。
2023-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Nonlinear response of the irreversible work via generalized relaxation functions
本文基于累积量展开和广义弛豫函数构造不可逆功的非线性响应，并通过选取弛豫函数常数确保其满足热力学第二定律，给出相应计算程序。
2023-09-25 cond-mat.stat-mech
Revisiting the Glansdorff-Prigogine criterion for stability within irreversible thermodynamics
Glansdorff和Prigogine（1970）提出了熵产生率的分解，今天主要被称为Hatano-Sasa方法。他们的背景是不可逆热力学，虽然忽略了波动，但仍然允许比基于Master或Fokker-Planck方程的处理更广泛。Glansdorff和Prigogine首先提出了过剩熵产生率$δ^2$ EP的概念，并提出$δ^2$ EP为正是非平衡宏观条件稳定性的充分判据。我们发现，非线性扩散，它们的过剩熵产生率本身是当地的自由能，这是接近平衡的功能，管理宏观波动的时间导数。过剩的$δ^2$ EP的积极性，我们国家的一个简单的充分条件，因此是等价的单调性在时间上的功能在放松到稳定的非平衡。也出现了一个关系，最近扩展的克劳修斯热定理接近平衡。$δ^2$ EP的正性直接意味着过剩热量的克劳修斯（不）等式。最后一个相关的问题涉及涨落泛函、非平衡自由能的操作意义，以及它们如何进入不可逆热力学。
2015-03-04 cond-mat.stat-mech
Quasi-linear irreversible thermodynamics of a low-temperature-differential kinematic Stirling heat engine
低温温差（LTD）斯特林热机能够在我们日常生活中存在的低温热源之间的微小温差下运行，因此它们被认为是一种重要的可持续能源技术。作者最近提出了一个LTD运动斯特林热机的非线性动力学模型，以研究发动机的旋转机理[Y。Izumida，EPL \textbf{121}，50004（2018）]。本文介绍了我们的非平衡热力学分析的研究，这种发动机模型，其中的负载扭矩，发动机不工作。我们表明，发动机的旋转状态是在准线性响应制度的热力学通量表现出线性依赖于热力学力。值得注意的是，它被发现的准线性关系的响应系数是对称的，这是类似的Onsager对称性的线性不可逆热力学。基于这些关系，我们制定了发动机的最大效率。我们还阐明，出现的准线性响应系数的对称性，通过反映（反）互惠性的Onsager动力学系数确定的发动机在附近的平衡态的松弛动力学。我们期望，目前的研究铺平了道路，发展非平衡态热力学的自治热机描述为一个非线性动力系统。
2020-06-29 cond-mat.stat-mech
A geometric bound on the efficiency of irreversible thermodynamic cycles
随机热力学彻底改变了我们对有限时间内运行的热机的理解。最近，许多研究已经考虑了热力学循环作为热力学空间（例如经典热力学中的$P-V$空间）中具有给定轮廓的热机的最佳操作，特别关注卡诺发动机。在这项工作中，我们使用热力学几何的镜头，探索整个空间的热力学循环与连续变化的浴温度在寻找最佳形状的周期在缓慢的驱动制度。我们应用经典的等周不等式推导出一个通用的几何约束的任何不可逆的热力学循环的效率，并明确构建有效的热机在有限时间内运行，几乎饱和这个边界的一个特定的模型系统。给定的界限，这些最佳的循环执行更有效地比所有其他热力学循环运行的热机在有限的时间，包括著名的周期，如卡诺，斯特林，奥托。例如，与最近的实验相比，这对应于在某些时间范围内操作的发动机的效率的数量级改进。我们的研究结果提出了新的设计原则，为未来的介观热机和成熟的实验研究。
2022-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Probabilities for informational free lunches in stochastic thermodynamics
通过考虑一个明确的非平衡模型，我们分析了统计的不可逆功，$w_{\rm irr}$，和不可逆熵产生，$Δ_i s$，在随机能量学框架内。重述热力学第二定律作为$w_{\rm irr}$的函数，我们引入了明确的概率违反该第二定律的标准形式为一组不同的参数和初始条件的模型。此外，我们沿着同样的路线研究不可逆熵产生，因为它可以被视为不可逆功的推广。从信息的角度来看，我们的研究结果允许量化的概率删除信息不执行工作，相反的兰道尔的原则，我们归类为信息免费午餐。我们选择的初始条件的情况下，低信息含量（均衡）和高信息含量（三角洲分布）。
2022-01-12 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of a quantum Otto engine: Both within finite-time and irreversible thermodynamics
我们考虑量子奥托发动机的最大功率的效率，它使用自旋或谐波系统作为其工作物质，并在两个热源之间工作在恒定温度$T_h$和$T_c$ $ (<T_h)$。尽管自旋- $1/2$系统的行为与谐波系统的行为完全不同，因为它们服从两种典型的量子统计，但基于这两种不同类型的量子系统的最大功率下的效率从上侧由最大功率下的效率的相同表达式限定：$η_{mp}\leqη_+\equiv η_C^2/[η_C-(1-η_C)\ln(1-η_C)]$和$η_C=1-T_c/T_h$是卡诺效率，在小的相对温差下，它们表现出与CA效率$η_{CA}=1-\sqrt{1-η_C}$相同的普适性。在不可逆热力学的背景下，我们计算的Onsager系数，我们表明，$η_{CA}$的值确实是电磁脉冲的上限奥托发动机工作在线性响应制度。
2014-08-23 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium critical behavior : An extended irreversible thermodynamics approach
非平衡系统中的临界现象已经通过各种各样的理论和实验方法进行了研究。模耦合、重整化群、复李代数和图解法是一些常用的理论工具。实验研究包括光和非弹性中子散射、X射线光子相关光谱学、微波干涉测量和其他几种技术。然而，从不可逆过程的热力学理论的基本原理中，还没有得出结论性的结论。我们已经开发了一种形式主义，我们获得关联函数作为场平均值的相关功能。通过应用这样的形式主义，我们试图找出所得到的关联函数是否会继承其母势的数学性质（可积性，广义齐次性，标度律），我们也将使用这些关联函数来研究远离平衡的宏观系统的行为，特别是在临界点或动态相变附近。作为一个工作的例子，我们将考虑非平衡二元流体混合物的单临界行为接近它的会溶点。
2009-08-15 cond-mat.stat-mech
Irreversible work and inner friction in quantum thermodynamic processes
我们讨论了封闭量子系统的热力学驱动平衡的变化，在一个控制参数，并经历一个单一的过程。我们比较了实际上做的工作的系统，将沿着理想的绝热和等温变换进行。与后者的比较导致不可逆功的引入，而与前者的比较导致内摩擦的引入。我们表明，这两个量可以同等对待，因为两者都可以与热化过程中的热交换，都可以表示为相对熵。此外，我们表明，一个特定的涨落关系的熵产生与内摩擦存在，这使得内摩擦可以写在其累积量。
2014-07-24 cond-mat.stat-mech quant-ph
Conservation-dissipation formalism of irreversible thermodynamics
我们提出了一个保守耗散形式主义（CDF）的粗粒度描述的不可逆过程。这种形式主义是基于非平衡态热力学的稳定性准则。该判据保证了非平衡态在较长时间内趋于平衡。作为一种系统的方法，CDF为选择非平衡态变量和确定其演化方程提供了一种可行的方法。在CDF中导出的方程具有统一的优美形式。他们是全球双曲，允许一个方便的定义弱解，并服从现有的数值。更重要的是，CDF是一个真正的非线性形式主义，适用于远离平衡的系统。用这种形式主义，我们制定了新的热力学理论的热传导在刚体和非等温可压缩麦克斯韦流体流动作为两个典型的例子。在这些例子中，非平衡变量恰好是热通量或应力张量的共轭变量。新的理论推广了卡塔内奥定律或麦克斯韦定律的正规化和非线性的方式。
2014-07-21 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Irreversible thermodynamics of creep in crystalline solids
我们开发了一个不可逆的热力学框架，用于描述晶体中的蠕变变形的机制，涉及空位扩散和晶格位置的产生和湮灭。进行蠕变变形的材料被视为一个非流体静力学应力的多组分固体介质与非保守的晶格位点和不均匀性处理采用梯度热力学。相场描述了蠕变过程中材料中空位源和空位汇的重新分布。我们推导出熵产生率的一般表达式，并使用它来识别相关的通量和驱动力，并考虑到材料的对称性，制定它们之间的唯象关系。作为一个简单的应用，我们分析了一维模型的双晶体中，晶界作为一个汇和源的空缺。该模型的动力学方程描述了一个蠕变变形过程，伴随着晶界迁移和相对刚性的晶粒平移。他们还证明了晶界迁移引起的空位浓度梯度跨越边界的效果。
2013-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Variational Principle for Extended Irreversible Thermodynamics: Heat Conducting Viscous Fluids
本文通过引入将热力学通量视为独立变量的非平衡 Lagrangian 作用量原理，为热传导粘性流体发展了扩展不可逆热力学的变分框架，自然导出 Cattaneo-Christov 模型，并促进了热力学一致的数值方法开发。
2025-09-17 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Collective Dynamics from Stochastic Thermodynamics
从随机热力学的观点出发，导出了描述全局耦合XY模型中有序-无序跃迁附近和仓本模型中同步-去无序跃迁附近的集体动力学方程.一种新的思维方式是将宏观变量的确定性时间演化解释为热力学系统的外部操作。然后我们发现，不可逆功决定了集体动力学的方程。在分析仓本模型时，我们采用了广义的不可逆功的概念，它源于与稳态热力学相关的非平衡恒等式。
2014-12-31 cond-mat.stat-mech
Time-Reversible Thermodynamic Irreversibility : One-Dimensional Heat-Conducting Oscillators and Two-Dimensional Newtonian Shockwaves
我们分析了两种不可逆模拟类型的时间可逆力学。第一种是暴露于具有坐标$q$、动量$p$和恒温器控制变量$ζ$的三维相空间中的温度梯度的耗散一维导热振荡器。第二种类型模拟了保守的二维$N$ -具有$4N$相变量$\{q,p\}$的经历冲击压缩的体液。尽管三个振子方程和所有的$4N$ manybody运动方程的时间可逆性，这两种类型的模拟是不可逆的，遵守热力学第二定律。但原因不同。不可逆振子寻找一个有吸引力的耗散极限环。同样不可逆的，但完全保守的，牛顿冲击波最终产生一个可逆的近平衡的稀疏风扇对。这两种类型的问题说明有趣的功能的李雅普诺夫不稳定性。
2022-10-12 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
A first--order irreversible thermodynamic approach to a simple energy converter
几位作者已经表明，基于时间热力学的耗散热循环模型呈现出功率输出与效率的环形曲线，例如它发生在实际的耗散热机中。在一阶不可逆热力学（FOIT）的背景下，在这项工作中，我们表明，对于由两个耦合通量组成的能量转换器，也可以找到功率输出和所谓的生态功能对效率的环形曲线。在以前的工作Stucki [J.W. Stucki，Eur. J. Biochem.vol.109，269（1980）]使用FOIT方法描述线粒体内ATP合成中涉及的氧化磷酸化的热力学性能模式。在这项工作中，作者没有使用上述的环形曲线，他提出氧化磷酸化在稳定状态下同时以最小熵产生和最大效率运行，分别通过零和无限电导的极端状态之间的电导匹配条件。在目前的工作中，我们表明，所有的Stucki的氧化磷酸化的能量学的结果可以得到没有所谓的电导匹配条件。另一方面，我们还表明，最小熵产生状态意味着零功率输出和效率，因此氧化磷酸化性能不能满足这种状态。我们的研究结果表明，氧化磷酸化性能的实际效率值更好地描述了一种操作模式，包括在所谓的生态功能和效率的同时最大化。
2007-09-04 cond-mat.stat-mech
Relativistic kinetic theory: toward the microscopic substantiation of zeroth law of thermodynamics
本文导出了全同经典粒子通过标量场相互作用系统的精确封闭相对论动力学方程。建立了相对论经典相互作用粒子系统不可逆平衡过程的微观决定性机制。关键词：不可逆平衡过程;经典相对论动力学;延迟相互作用。
2021-06-24 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Experimental investigation of coherence contributions to a nonequilibrium thermodynamic process in a driven quantum system
该研究在NMR量子处理器中实验探索了驱动量子系统的非平衡热力学过程，揭示了相干性生成对不可逆熵产生的贡献，并验证了不可逆熵产生具有下界的广义克劳修斯不等式。
2024-11-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversible entropy production, from quantum to classical
熵产生是任何有限时间热力学过程中的一个关键量。它与热力学的基本热力学定律密切相关，体现了一种将热力学考虑一直扩展到非平衡过程的工具。它也经常被用来试图提供逻辑和热力学不可逆性的定量表征，源于物理，化学和生物学过程。尽管它的基本特征，一个统一的理论熵生产有效的一般过程，经典和量子，尚未制定。围绕着随机热力学、开放量子系统和量子信息理论的框架的发展导致了这种努力的实质性进展。这最终导致了新一代实验的解锁，这些实验能够解决随机热力学过程以及熵产生对它们的影响。本文旨在提供一个纲要，目前的框架，描述，评估和操纵熵生产。我们提出了两个正式的方面，其制定和潜在的量子性质的一个给定的过程中产生的影响，包括最近的实验的详细调查。
2022-02-06 cond-mat.stat-mech quant-ph
Fluctuation theorem for irreversible entropy production in electrical conduction
线性不可逆热力学预测熵产生率可以变为负值。我们证明了这种预测下的交流驱动的导电性是很好地描述了德鲁德-索末菲模型的金属。然后，我们表明，这些负率是完全兼容的随机热力学，即熵产生满足涨落定理。分析的结论是观察到的随机熵产生所定义的Shannon信息的忽略或忽略不同意的唯象方法。
2022-01-25 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Thermodynamics and Geometry of Reversible and Irreversible Markov Processes
具有微观可逆性的主方程（$q_{ij}\neq 0$ iff $q_{ji}\neq 0$）有一个由两个态函数$S$（熵）和$F$（自由能）表示的{ \em热力学超结构}：最近发现，熵产生率$e_p=-dF/dt+Q_{hk}$与$-dF/dt=f_d, Q_{hk} \ge 0$都有关系。自由能耗散$f_d\ge 0$反映了自发自组织中的不可逆性;持家热$Q_{hk}\ge 0$反映了开放系统中偏离平衡态的时间对称性破缺。在黎曼几何空间中，当$Q_{hk}=0$，主方程是测地线流;在这里，我们证明了$e_p$分解是正交的：$e_p$，$f_d$，$Q_{hk}$形成一个勾股三元组。梯度流意味着{ \em最大耗散原理}在Onsager状态之外。$Q_{hk}$的存在使得梯度流不再普遍成立。随机物理热力学需要一个新的几何视角。
2011-08-31 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Irreversible thermodynamics of open chemical networks I: Emergent cycles and broken conservation laws
在这篇文章和一个配套文件中，我们概述了一个一般框架的热力学描述开放的化学反应网络，特别是关于代谢网络调节细胞生理和生化功能。我们首先介绍封闭网络“在一个盒子”，其热力学受到严格的物理约束：质量作用定律，过程的基本性，和细致平衡。我们进一步离题的溶剂的作用和网络独立性的自由能景观似乎未被承认的财产。然后，我们通过假设某些底物物质（恒化器）的浓度是固定的来打开系统，无论是因为通过与水库接触而被环境迅速调节，还是因为在时间窗口中几乎恒定。结果，系统被驱离平衡。内部物种网络中包含丰富的代数和拓扑结构：涌现的不可逆循环与非零亲和力相关，其对称性由守恒定律的破坏决定。这些中心的结果恢复之间的关系$a + b = s^Y$的基本亲和力$a$，打破守恒律$b$和恒化器的数量$s^Y$。我们分解的基本通量和亲和力在Schnakenberg的网络热力学理论的精神，为即将到来的治疗的线性制度，效率和紧耦合，自由能转导和热力学约束网络重建的稳态熵产生率。
2014-10-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph q-bio.MN
Irreversible Thermodynamic of a New Model of the Collision Term of the Boltzmann Kinetic Equation Dealing with Gas Mixture affected by a Centrifugal Field
本文介绍了一种新的离心力作用下二元混合气体Boltzmann动力学方程中碰撞项的模型。新模型是对Boltzmann动力学方程的BGK（Bhatnagar-Gross-Krook）模型的一种改进，适用于研究离心力场对气体混合的影响。新模型的科学成就在于它是一个非常简单的模型，没有任何数学复杂性，但不失一般性。新模型与BGK模型一样，满足能量守恒、质量守恒、动量守恒、热力学第二定律和最大熵产生原理。本文建立了离心力场对铀浓缩过程中两个同轴多孔旋转圆筒间气体混合影响的完整数学模型，这是本文新模型的一个重要应用。我们还介绍了完全不可逆的热力学性质的系统在所有的第一次，尽我们所能的知识。给出了模型系统的熵、熵流、熵产生、热力学力和动力学系数。通过扩展的吉布斯方程预测了不同贡献的内能变化之间的比率。该模型的主要重要实施是用于核能发电或核武器的铀浓缩，许多医疗应用和各种工业惊人的应用。UF 6和N2的二元气体混合物在旋转圆柱体之间的流动是新模型的第一个重要建议问题。
2018-11-27 cond-mat.stat-mech
Global linear-irreversible principle for optimization in finite-time thermodynamics
有激烈的努力，以了解热机器的有限时间模型的通用属性-在最佳性能-如效率在最大功率，性能系数在最大冷却功率，和其他这样的标准。在这封信中，一个{ \it全球}原则与线性不可逆热力学一致，提出了整个循环-不考虑细节的不可逆性在个别步骤的循环。这有助于将循环的总持续时间表示为$τ\propto {\bar{Q}^2}/{Δ_{\rm tot} S}$，其中$\bar{Q}$模拟循环期间通过机器传递的有效热量，而$Δ_{\rm tot} S$是产生的总熵。通过在由储层交换的热量上以简单代数平均值（诸如算术和几何平均值）的形式采用$\bar{Q}$，本方法能够预测最佳性能下的品质因数的各种标准表达式，以及它们所遵循的界限。它简化了优化过程的一个参数的优化，并提供了一个新的角度在最佳性能的普遍性问题，在油藏温度的差异很小。作为一个例子，我们比较了一个部分优化的四步内可逆循环与本方法的性能。
2018-04-16 cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium Thermodynamics and Lifetime of Physical Systems
为了描述系统的非平衡态，我们引入了一个新的热力学参数--系统寿命。统计分布，可以得到的介观描述表征的行为的系统，通过指定的随机过程被写下来。得到了非平衡熵、温度和熵产生的表达式，在小通量下，与在扩展不可逆热力学框架内导出的表达式一致。得到了推广的不可逆热力学Maxwell-Cattaneo关系式的表达式，以及它们在传质和化学反应中的类似关系式。
2004-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A general theory for irreversible thermodynamics
我们证明，不可逆性产生于微观可逆性的原则和存在的记忆中的时间演化的一个单一的副本的系统驱动的协议。我们引入微观可逆性的概念，使用协议和路径依赖的热力学函数，定义在J. R。Arias-Gonzalez，arXiv：1511.08017 [cond-mat.stat-mech]，以及使用非马尔可夫性概念的记忆，如J.R.阿里亚斯-冈萨雷斯，arXiv：1511.06139 [cond-mat.stat-mech]。我们将功定义为自由能的变化，将热定义为微观系统的熵的变化，单个路径服从协议。我们发现所有的非平衡统计都是自然产生的。特别是，我们得到最已知的波动定理，并制定其他两个。虽然能量守恒调用的水平上的个人途径和整体平均过程中，热力学第二定律和时间箭头，这是唯一的整体平均过程中完成，被证明是微观可逆性和非Markovianity的后果。
2015-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Toward a new foundation of statistical thermodynamics
本文提出了一种新的方法，在统计力学中引入时间不可逆性。它是基于一个过渡函数定义的路径积分和验证的时间不可逆方程。我们首先说明动态过程如何进入对平衡态的描述。为了做到这一点，特征时间与闭合路径相关联。对于处于平衡态的大孤立系或与恒温器接触的系统，我们的结果与Gibbs系综方法所得结果一致。对于布朗运动的微观方法中使用的模型，不需要新的基本假设来预测从量子态到表现出时间不可逆行为的经典态的转变。这个演示足以表明，非常公认的近似可以导致一大类系统的时间不可逆行为。强调了我们的工作与系统+水库方法之间的差异。在这里，平衡态和不可逆过程是在同一基础上描述的，代表了统计物理学中时间不可逆性问题的一个进展。过渡函数也用于描述一个没有热力学的小系统。通过在转移函数中加入第二个表征反向运动的转移函数，我们可以描述时间可逆系统。在一个简单的情况下，我们用一个复变函数来代替两个实值过渡函数，验证了一个薛定谔方程。由此我们看到如何打破这个方程的时间可逆性，以及如何从非常基本的观点研究量子力学-热力学之间的联系。
2015-02-27 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Irreversibility from high-dimensional Hamiltonian Chaos
本文讨论了含时参数的高维哈密顿系统的热力学不可逆性。从李雅普诺夫分析出发，定义了一个新的物理量--不可逆信息损失，用以表征热力学不可逆性。证明了这个新量满足与热力学第二定律有关的一个不等式。基于这类系统具有混合性质和热力学极限下的大偏差性质的假设，合理地论证了不可逆信息损失的最可几值等于统计力学中玻尔兹曼熵的变化，且总是一个非负值.我们的论点的一致性是由数值实验的帮助下，我们称之为过量信息损失的定义。
1999-11-12 cond-mat.stat-mech
Carnot efficiency is reachable in an irreversible process
在热力学中，有一个传统的信念，即“卡诺效率只有在过程可逆时才能达到。“然而，没有定理证明卡诺效率在不可逆过程中是不可达到的。在这里，我们表明，卡诺效率是通过调查的Feynman-Smoluchowski棘轮（FSR）在一个不可逆的过程中达到。我们还表明，它是可能的，以提高效率，通过增加的不可逆性。我们的结果开辟了一个新的可能性，设计一个高效的热机在一个高度不可逆的过程，也回答了长期存在的问题，是否FSR可以运行的卡诺效率。
2017-05-29 cond-mat.stat-mech
Autonomous Temporal Probability Concentration: Clockworks and the Second Law of Thermodynamics
根据热力学，熵的不可避免的增加使过去与未来得以区分。从这个角度来看，任何时钟都必须包含一个不可逆的过程，允许这种熵流被跟踪。此外，时钟的一个组成部分是一个钟表机构，也就是说，一个系统，其目的是暂时集中驱动这种熵流的不可逆事件，从而与计数纯粹随机的平衡事件相比，增加了所得时钟滴答的准确性。在这篇文章中，我们正式自主的时间概率集中的任务，作为任何基于热梯度的钟表机构的固有目标。在这个框架内，我们表明，一个完美的发条可以近似任意增加其复杂性。此外，我们将这种由许多量子位组成的理想化的发条模型与不可逆的衰变机制相结合，以展示时间测量的最终热力学极限。
2021-03-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Classical and quantum stochastic thermodynamics
随机热力学提供了一个框架，描述系统的热力学平衡。它是基于这样的假设，即基本成分受到随机力的作用，产生随机动力学，在这里由福克-普朗克-克拉默斯方程表示。我们强调的作用，不可逆的概率流，消失的热力学平衡的特点，并产生一个特殊的波动和耗散之间的关系。与热力学的联系是通过定义能量函数和熵以及熵产生的速率来获得的。量子演化方程是Fokker-Planck-Kramers方程的正则量子化，它提供了对量子系统的扩展。给出了一个不可逆系统的例子，该系统是一个非平衡定态，熵不断产生。给出了通量与路径积分之间的关系。
2020-06-25 cond-mat.stat-mech
Irreversible Thermodynamics in Multiscale Stochastic Dynamical Systems
这项工作扩展了最近开发的理论的一个相当完整的热力学形式主义的离散状态，连续时间马尔可夫过程和没有细致平衡的结果。本文旨在研究多尺度随机系统的热力学结构是否以及如何保持不变的问题。即在不同的时间尺度和分辨率下观察系统时，状态和过程变量的热力学函数之间的关系是否保持不变。我们的结果表明，在一个快的时间尺度上的动力学贡献的熵项的“内能函数”，$u_S(x)$，为缓慢的动力学。基于条件自由能$u_S(x)$，人们可以将慢动力学视为不存在快动力学。此外，我们表明，自由能，它的特点是自发组织在一个系统中没有细致平衡，是不变的快速动态或没有：快速动态被假定为达到平稳性瞬间在缓慢的时间尺度上，他们对系统的自由能没有影响。对于熵和内能，情况就不同了，它们都包含来自快速动力学的相同贡献。我们还调查的后果的时间尺度分离的准stationaryty和稳态绝热的概念引入唯象稳态热力学。
2011-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Thermodynamic coupling rule for far-from-equilibrium systems
远离平衡系统的能量转换效率通常受到与不同热浴接触的不可逆热力学通量的限制。对于复杂系统，最大效率状态和最小熵产生状态通常是不等价的。在这里，我们表明，能量和物质流之间的相互作用的适当调整提供了一些重要的标准，热剂的性能表征，无论系统类型和过渡协议。普遍的热力学耦合规则在不可逆过程中起着至关重要的作用。应用双量子点系统，证明了适当调节热力学通量之间的耦合强度可以提高热机或制冷机的性能。
2019-04-08 cond-mat.stat-mech quant-ph
Linear irreversible heat engines based on the local equilibrium assumptions
我们制定了一个内可逆的有限时间卡诺循环模型的基础上的局部平衡和恒定的能量通量的假设，其中的效率和功率表示的热力学变量的工作物质。通过分析在循环过程中的每个等温过程中的热传递引起的熵产生率，并使用内可逆条件施加到线性响应制度，我们确定本系统的热力学通量和力，并获得一个线性关系，连接它们。我们计算的效率在最大功率的线性响应政权通过使用的线性关系，这与Curzon-Ahlborn效率被称为上限在这个政权。这个原因也阐明了重写我们的模型的形式Onsager关系，我们的模型原来满足紧耦合条件导致Curzon-Ahlborn效率。
2015-07-13 cond-mat.stat-mech
Small and simple systems that favor the arrow of time
本研究通过1D环中N个Ising自旋与Einstein振子热浴耦合的模拟和理论，检验了热力学不可逆性是否需要大型复杂系统，发现即使N=2的小系统在微观动力学本质不可逆时也能表现出热平衡行为。
2023-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium critical scaling from quantum thermodynamics
新兴的量子热力学领域正在为包括量子相变在内的典型多体问题提供重要的结果和见解。尽管如此，在封闭系统中突然失超后，诸如功的涨落之类的非平衡量是否表现出临界尺度的问题仍然是难以捉摸的。在这里，我们采取了一种新的方法来解决这个问题，通过研究淬火跨越杂质量子临界点。通过对双杂质Kondo模型进行密度矩阵重整化群计算，我们能够确定在量子临界态下，猝灭产生的不可逆功具有有限尺寸标度。这种缩放忠实地预测平衡临界指数的交叉长度和序参量的模型，而且，意味着一个新的指数的重新缩放的不可逆工作。通过将不可逆功与双杂质自旋关联函数联系起来，我们的研究结果可以得到实验验证。
2016-05-23 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el quant-ph
Non-equilibrium Thermodynamics and Hydrodynamic Fluctuations
将非平衡态热力学的重新表述，包括热力学涨落的处理，应用于简单流体的流体动力学涨落。它示出的非平衡热力学方案导致的明确形式的福克-普朗克方程描述的时间行为的概率分布函数的这些流体动力学波动以及不可逆过程与此行为。
1999-09-09 cond-mat.stat-mech
The (absence of a) relationship between thermodynamic and logical reversibility
Landauer擦除似乎在热力学和信息处理（逻辑计算）之间提供了强有力的联系。唯一需要产生热量的逻辑操作是逻辑上不可逆的操作，最小的热量产生是每丢失一位信息产生$kT \ln 2$。然而，它将显示逻辑可逆性既不意味着，也不意味着热力学可逆性。通过研究逻辑上不可逆的物理可逆运算，可以表明信息和熵虽然具有相同的形式，但在概念上是不同的。
2004-06-27 cond-mat.stat-mech physics.gen-ph physics.hist-ph
Stochastic thermodynamics of macrospins with fluctuating amplitude and direction
本文考虑了在外加磁场作用下，宏观自旋的广义朗之万动力学中的随机能量平衡和熵产生。EP使用Fokker-Planck方程计算，区分概率流的可逆和不可逆部分。由于不可逆的非平衡过程，系统熵增加，并随着热耗散到周围环境中而减少。利用时间正向轨迹和时间反演下共轭轨迹的路径概率分布，得到了全随机EP的涨落定理。我们表明，共轭轨迹的选择是至关重要的，在获得熵一样的数量，服从FT。
2015-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Essential equivalence of the GENERIC and Steepest Entropy Ascent models of dissipation for non-equilibrium thermodynamics
本文用微分几何的数学语言对非平衡态热力学的最陡熵上升动力学模型（Steepest-Entropy-Ascent，SEA）进行了重新表述，并与GENERIC模型的原始表述进行了比较，讨论了两种方法的主要技术差异。在这两种动力学模型中，耗散的描述都是“熵梯度”型的。SEA只关注时间演化的不可逆分量，选择亚黎曼度规张量作为耗散结构，并使用局部熵密度场作为势。GENERIC强调时间演化的可逆和不可逆分量之间的耦合，选择两种相容的退化结构（Poisson和退化co-Riemann），并使用全局能量和熵泛函作为势。作为一个例子，我们重写已知的通用制定的玻尔兹曼方程的平方根的分布函数的SEA制定。然后，我们提供了一个正式的证明，在更一般的框架，每当所有退化的GENERIC框架有关的守恒律，SEA和GENERIC模型的不可逆的动态组件基本上是可互换的，当然，他们假设相同的运动学。作为讨论的一部分，我们注意到，配备耗散结构的通用与莱布尼茨身份使它自动SEA度量叶。
2015-04-13 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium quantum thermodynamics in Coulomb crystals
我们提出了一个深入的研究的非平衡统计的不可逆的工作过程中产生的突然淬火接近的结构线性Z字形转变的离子库仑晶体在1+1维。通过采用谐波展开和数值模拟的基础上的分析方法，我们显示的平均不可逆的工作接近过渡的发散。我们表明，非解析行为的工作波动的特点是在量子伊辛链的临界指数。由于囚禁离子实验的技术进步，我们的结果可以很容易地得到验证。
2017-06-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Supersymmetric Field Theory of Non-Equilibrium Thermodynamic System
本文从朗之万方程出发，给出了描述具有淬火无序和非遍历效应的非平衡热力学系统的最佳超对称场方案。测定了不同温度和淬火无序强度下的热力学和等温磁化率、记忆参数和不可逆响应。
1999-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Internal dissipation and heat leaks in quantum thermodynamic cycles
可以设计跨连接到多个浴的通用量子系统的稳态热流的方向，以便实现几乎任何热力学循环。尽管它们的通用性，这种连续的能量转换系统通常由于不可忽略的不可逆熵产生源而不能以最大效率操作。本文介绍了一种不可逆吸收式制冷机的极小模型。我们确定和表征负责其不可逆性的不同机制，即热泄漏和内部耗散，并衡量它们在整体冷却性能的相对影响。我们还提出了油藏工程技术，以尽量减少这些不利影响。最后，通过研究吸收冷却循环的已知三量子位实施例，我们说明了我们的简单模型如何有助于确定在更复杂的实际热设备中自然产生的不可逆性的不同来源。
2015-09-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
