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
Optimal finite-time Brownian Carnot engine
胶体系统实验控制的最新进展,刺激了中尺度热力学装置生产的革命。功能“教科书”发动机,如斯特林和卡诺循环,已经在远离平衡的胶体系统中产生。与此同时,在设计和分析此类器件方面也取得了重大的理论进展。在这里,我们使用热力学几何的方法来表征最佳的有限时间,非平衡循环操作的参数谐振子接触随时间变化的热浴,特别关注布朗卡诺循环。我们推导出最佳参数化卡诺循环,以及其他两个新的周期,并比较它们的耗散能量,效率和稳态功率生产对彼此和先前测试的实验协议卡诺循环。我们证明了一个20%的改善耗散能量比以前的实验测试协议和$\sim$ 50%的改善,在其他条件下,我们的发动机之一,而我们最终的发动机是更有效和强大的比我们考虑的其他。我们的研究结果提供了实验实现最佳的中尺度热机的手段。
2022-06-14 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
Heat Engines running upon a Non-Ideal Fluid Model with Higher Efficiencies than upon the Ideal Gas Model
我们考虑奥托和狄塞尔热机循环运行的工作物质的范德瓦尔斯流体作为一个简单的非理想气体模型。我们在这些模型发动机上进行了广泛的效率研究。然后,我们发现,这个“真正的”发动机模型可以超越其理想气体对应的效率,而众所周知,最大卡诺效率是相同的理想和非理想气体发动机。事实上,非理想密度越高,效率往往越高,尤其是在低温区域,但在物理允许的压缩比范围内(由卡诺上限决定),即收缩越多热力学第二定律。我们的研究结果意味着,除了发动机的结构和浴温度,工质的性能也应该考虑到热机的性能研究,其中的理论模型方面还没有充分讨论到目前为止。很简单,我们的方法也可以适用于其他非理想流体模型。
2017-01-18 cond-mat.stat-mech
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
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
An Extension of the Van der Waals Equation of State
本文将范德瓦尔斯状态方程推广到一种普遍形式,并发现范德瓦尔斯状态方程是这种形式的一种特殊条件。在此基础上,给出了平衡气液共存正则类氩系统状态方程的一个较好形式。本文最后讨论了这种普遍形式的局限性。
2004-09-11 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
Van Der Waals Revisited
如果模型参数选择适当,范德华版本的第二维里系数是不远的。它示出了如何范德瓦尔斯相似起源于热平均和叠加的散射相移贡献的相互作用。从量子维里系数导出的两个参数揭示了非理想量子气体中的费米子-玻色子对称性。计算了氦量子气体的数值细节。
2008-03-10 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
On A Local Carnot Engine
本文从量子哈密顿形式的主方程出发,解析地研究了局部耦合到两个不同温度的热浴的非平衡系统。基于格子气描述,导出了存在温度梯度时平均密度的演化方程。首先,分析了在固定温度下从热浴中取出颗粒并在另一温度下追溯到浴中的情况。讨论了定态解和弛豫时间。其次,不同的热浴之间的集体跳跃过程进行了研究,导致一个发展方程,它提供了一个双线性之间的耦合密度和温度梯度与传统的方法相反。而在线性下降的静态温度场的情况下,弛豫时间提供了一个连续谱,它导致一个二次下降的温度分布的离散谱。
1999-03-25 cond-mat.stat-mech
Coefficient of performance for a low-dissipation Carnot-like refrigerator with nonadiabatic dissipation
研究了在两个恒温热源$T_h$和$T_c$之间工作的类卡诺制冷机在两种优化准则$χ$和$Ω$下的性能系数及其界限.考虑到“绝热”过程的有限时间和非等熵性,考虑了非绝热耗散和“绝热”过程的有限时间。对于给定的优化准则,我们发现,下和上界的COP是相同的相应的从以前的理想化模型,其中任何绝热过程经历瞬时与恒定熵。当两个“等温”和两个“绝热”过程的耗散是对称的,分别,我们的理论预测相匹配的实际冰箱的COP的观察到的更紧密地比在以前的模型中得出的,提供了一个强有力的论据,有利于我们的方法。
2013-06-30 cond-mat.stat-mech
On the problem of van der Waals forces in dielectric media
本文简要回顾了在电介质内部力的情况下推广范德瓦尔斯力的Lifshitz理论所出现的问题,并提出了一些历史性的评论。本文讨论了介质中平衡电磁场应力张量的一般性质,强调了力学平衡条件的重要性。讨论了液体中物体间的范德华排斥相互作用的物理意义。
2010-11-25 cond-mat.stat-mech
Universal optimization efficiency and bounds of Carnot-like heat engines and refrigerators under shortcuts to isothermality
基于平滑地修改系统-储层相互作用的用于等温性捷径的量子热力学协议,可以显著地加速等温过程,同时保持总体耗散常数[Phys.Rev.X. 10,031015(2020)],我们以直接和统一的方式扩展了对卡诺式热机和制冷机的优化性能的研究。本文导出了在两种统一的优化准则下的热机的通用优化效率和制冷机的性能优化系数,chi准则和omega准则。我们还推导出了热机和制冷机的普遍上下界,并发现在极端非对称的情况下,这些界限可以达到。
2022-11-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
A non-classical van der Waals loop: Collective variables method
在集体变量方法的框架下研究了类伊辛模型的状态方程。该理论的独特之处在于提取了一个非经典的范德瓦尔斯环。结果进行了比较与三角参数模型的归一化磁化,\tilde{M},和字段,\tilde{H}。
2013-03-25 cond-mat.stat-mech
The Anyonic Quantum Carnot Engine
本文研究以二维任意子为介质的量子卡诺热机,推导出其效率的显式表达式,为探索小尺度量子系统的热力学及从量子统计中提取机械功提供了新途径。
2025-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
The Poschl-Teller Like Description of Quantum Mechanical Carnot Engine
在这项工作中,一个例子的循环引擎的基础上的量子力学性质的强非线性量子振荡器所描述的Poschl-Teller [PT]模型进行检查。利用我们在文献[1-4]中提出的[PT]模型,通过改变阱的宽度L和阱的量子态,构造了一个量子力学的卡诺循环模拟(即量子热机)。这种量子热机具有由绝热和等温量子过程组成的循环。推导了基于类Poschl-Teller势的量子发动机的效率,并与经典热力学发动机进行了比较。
2021-02-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Replica-Exchange Method in van der Waals Radius Space: Overcoming Steric Restrictions for Biomolecules
我们提出了一种新的哈密顿复制交换方法,其中不是温度,但范德华半径参数交换。通过减小控制原子空间尺寸的范德华半径,这种哈密顿复制交换方法克服了空间限制和能量障碍。此外,基于该方法的模拟摆脱了局部最小自由能状态,实现了构象空间的有效采样。我们将此方法应用于水溶液中的丙氨酸二肽,并通过与传统的正则方法得到的结果进行比较,显示了该方法的有效性。
2009-11-05 cond-mat.stat-mech
Carnot cycle for an oscillator
卡诺在1824年确定,在绝对温度$T_{hot}$的热浴和较低温度$T_{cold}$的热浴之间运行的循环发动机的效率不能超过$1-T_{cold}/T_{hot}$。我们表明,线性振荡器交替接触热水和冷水浴遵守这一原则,在量子以及在经典制度。所作功的表达式是从一个简单的公式推导出来的。可逆和不可逆的循环进行了说明。本文从历史的角度出发,基本上自成一体。
2001-11-20 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.ed-ph
Revisiting Endo-reversible Carnot engine: Extending the Yvon engine
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University(北京师范大学物理与天文学院);Graduate School of China Academy of Engineering Physics(中国工程物理研究院研究生院)
本文重新审视内可逆卡诺机,扩展了Yvon机模型,揭示了其与CA机在稳态和循环形式上的等价性,为热力学教学提供了示例。
2024-12-31 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Gambling Carnot Engine
ICTP – The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics(阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心);Laboratoire de Physique de l’École Normale Supérieure, CNRS, PSL University, Sorbonne Université, and Université de Paris(巴黎高等师范学院物理实验室,法国国家科学研究中心,巴黎文理研究大学,索邦大学,巴黎大学);University of Potsdam, Institute of Physics & Astronomy(波茨坦大学,物理与天文学研究所);Institute for Cross-Disciplinary Physics and Complex Systems, (IFISC, UIB-CSIC)(交叉学科物理与复杂系统研究所)
本文提出了一种由反馈协议驱动的胶体热机模型,能将热浴吸收的净热量完全转化为功。该协议受赌博策略启发,在特定首次通过条件下以零成本骤降,使发动机在功率和效率上超越传统卡诺循环,达到最大功率下的卡诺效率。
2024-09-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Van der Waals interactions across stratified media
工作在Lifshitz水平,我们研究了范德华相互作用在一系列的层与周期性的主题。我们推导出完整形式的范德华相互作用作为一个明确的函数的数量的周期层。然后,我们比较我们的结果与近似的基础上的各向异性连续表示的分层介质。离散层和连续模型之间的协议是令人满意的,只有达到10层或更多层的厚度。
2003-09-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of Van der Waals Fluids with quantum statistics
我们考虑量子系统的范德华流体的热力学。导出了任意理想气体和相应的范德华流体的热力学函数和参数的一般关系式。这提供了经典范德华理论到量子统计系统的明确推广。作为一个例子,我们应用费米统计的范德华流体来描述核物质的液-气临界点。我们还介绍了相对论范德瓦耳斯玻色子气体中的玻色-爱因斯坦凝聚,并论证了它具有空间分离的两相结构。
2016-05-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech hep-ph
Surpassing Carnot efficiency with relativistic motion
School of Mathematics, Statistics, and Physics, Newcastle University(纽卡斯尔大学数学、统计与物理学院)
研究相对论运动对热机性能的影响,利用Unruh-DeWitt探测器作为工作介质,通过速度调节有效温度,实现超越静止系卡诺效率的热机。
2026-07-03 cond-mat.stat-mech gr-qc quant-ph
Van der Waals forces and spatial dispersion
本文提出了一种适用于空间色散的范德华力格林函数理论。该理论是基于涨落耗散定理,并适用于相互作用的物体,由真空分离。反对理论会计的空间分散进行了讨论。
2009-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Steric repulsion and van der Waals attraction between flux lines in disordered high Tc superconductors
我们表明,在各向异性或层状超导体杂质诱导磁通线之间的范德华吸引力。这种吸引力与无序诱导的排斥力一起可能会显著改变低B -低T相图,而不是最近Blatter和Geshkenbein [Phys. Rev. Lett. 77,4958(1996)]。
1997-11-21 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
On the van der Waals gas, contact geometry and the Toda chain
一个户田链对称性的基础上的范德瓦尔斯气体和它的近亲,理想气体。将探索与接触几何体的链接。
2018-06-06 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Van der Waals Frictional Drag induced by Liquid Flow in Low- Dimensional Systems
我们研究了低维系统(二维和一维电子系统,二维和一维液体通道)中液体流动引起的范德华摩擦阻力。我们发现,对于一维和二维系统,由液体流动引起的摩擦阻力可能是几个数量级大于由电流引起的摩擦阻力。
2008-07-07 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Lifshitz theory of van der Waals pressure in dissipative media
我们推导出一个第一原理的方法来确定范德华或Casimir压力的耗散和色散的平面多层系统通过计算麦克斯韦应力张量在一个虚构的真空层,这是最终消失,在结构中引入。这是通过计算的范德华压力与耗散特性的薄膜之间的两个半无限介质嵌入。
2010-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Simulating Van der Waals-interactions in water/hydrocarbon-based complex fluids
在由水和碳氢化合物组成的系统中,范德华相互作用主要由Lifshitz相互作用的非延迟的经典(Keesom)部分控制;相互作用被盐屏蔽,并在复杂流体的(胶束)成分的大小的顺序的介观距离上延伸。我们表明,这些相互作用本质上包括在最近推出的本地Monte Carlo算法模拟电荷之间的静电相互作用的存在下,非均匀的电介质。
2007-11-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Comments on Van der Waals supercritical fluid: Exact formulas for special lines [J. Chem. Phys. 135, 084503 (2011)]
超临界范德华流体的Widom线的方程在论文J.Chem.Phys.135,084503(2011)中被考虑。但是声速和它的特殊Widom线的方程是不正确的。得到了正确的方程。
2018-11-17 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech