Clausius vs. Boltzmann-Gibbs entropies
在这项工作中，我们证明了不适当的玻尔兹曼-吉布斯对数公式的物理克劳修斯熵$S$在连接热力学和相空间统计。为了实现我们的目标，我们研究了简单的情况下，理想气体嵌入在一个有限的热浴和比较推导出的方程与相空间统计内得到的正则系综。然后，我们表明，上述方法的结果相互矛盾，即使在稀气体限制（无限热浴），如果我们要求的Boltmann-Gibbs公式$\ln(Density\,\, of\,\, States)$与热力学熵$S$的识别。
2014-04-07 cond-mat.stat-mech
Clausius relation for active particles: what can we learn from fluctuations?
许多种类的活性颗粒，如细菌或活性胶体，通过自推进在恒温流体中运动。由这种非平衡力注入的能量最终在恒温器中作为热量耗散。由于热波动比自推进力快得多，也弱得多，因此它们往往被忽略，模糊了理论模型中耗散热的识别。出于同样的原因，在定义熵产生时，出现了某种自由或任意性。最近，三种不同的配方来定义热量和熵的产生已经提出了相同的模型，其中的作用，自我推进的高斯有色噪声。在这里，我们比较和讨论这些建议和它们的物理意义之间的关系。这些建议之一考虑到与非平衡活性浴交换的热：这样的“活性热”满足原始克劳修斯关系，并且可以通过实验验证。
2017-06-12 cond-mat.stat-mech
Entropy and Nonlinear Nonequilibrium Thermodynamic Relation for Heat Conducting Steady States
在将熵和热力学推广到非平衡稳态的各种可能途径中，我们选择了以操作热力学和克劳修斯关系为指导的途径。在我们之前的研究中，我们推导出了NESS的扩展克劳修斯关系式，其中原始关系式中的热量被其“重整化”对应物（称为过剩热量）所取代，并且吉布斯-香农熵表达式由一个新的对称化吉布斯-香农表达式代替。在这里，我们集中在马尔可夫过程描述热传导系统，并开发一个新的方法来推导热力学关系。首先给出了推广克劳修斯关系的一个新的简单推导，并阐明了它与线性响应理论的密切关系。然后，我们推导出一个新的改进的扩展克劳修斯关系与“非线性非平衡”的贡献，这是书面的功和热之间的相关性。我们认为，“非线性非平衡”的贡献是不可避免的，并且一旦我们接受多余热量的（非常自然的）定义，它就被唯一地确定。此外，事实证明，为了在操作上确定非平衡熵与温度差的二阶的差，可以仅使用没有非线性项的先前的克劳修斯关系，或者必须使用新的关系，这取决于操作（即，参数空间中的路径）。这种奇特的“扭曲”可能是更好地理解NESS热力学和统计力学的线索。
2010-11-08 cond-mat.stat-mech
Heat, temperature and Clausius inequality in a model for active brownian particles
随机热力学和流体力学的方法被应用到最近引入的活性粒子模型。该模型由高斯有色噪声下的过阻尼粒子组成。受随机热力学的启发，我们从系统的Fokker-Planck方程推导出与活性浴的平均热交换和功交换以及相关的熵产生。我们表明，克劳修斯不等式举行，与当地（非均匀）温度的活性浴取代均匀的温度通常会遇到平衡系统。此外，通过限制动力学空间的本地分布函数的第一速度矩，我们推导出一个流体动力学描述，其中出现的本地压力，动力学温度和内部热通量，并与以前的热力学分析是一致的。该程序还显示了在何种条件下获得统一色噪声近似（UCNA）：这样的近似忽略了快速弛豫的活性浴，因此产生细致平衡和零熵产生。最后，通过多时间尺度分析，给出了Kramers方程解的构造性方法（替代UCNA），并超越了确定负熵产生的细致平衡条件。
2017-10-06 cond-mat.stat-mech
Generalized entropy and extensions of the second law of thermodynamics and the Clausius relation for quantum systems in steady heat conduction states
这篇论文已被作者撤回。至于原因，请参见本摘要的底部段落。通过推广Tasaki关于宏观量子复合系统两个平衡态之间绝热过程的热力学第二定律的工作，我们得到了第二定律对由感兴趣的系统和两个热库组成的宏观量子复合系统从初始平衡态到最终非平衡态的瞬态绝热过程的推广，其中感兴趣的系统处于稳定的热传导状态。对于感兴趣的系统，我们定义它的广义熵，使它成为一个实验上可测量的量，并完全满足克劳修斯关系的扩展。这篇文章已经被作者撤回，因为当处于稳定热传导状态的系统从两个库中分离出来，然后在第1.2节定义的温度T^bar处附着到一个库中，从而在T^bar处达到平衡态时，本文提出的广义熵违反了第二定律。在这个不可逆过程中，系统和水库的总熵保持不变，因此违反了第二定律。
2014-05-23 cond-mat.stat-mech
Negative specific heats: where Clausius and Boltzmann entropies separate
本文利用马尔可夫模型研究稳态非平衡系统中负热容的起源，揭示其源于准势与赝势之间的反相关，分别对应克劳修斯熵与玻尔兹曼熵，并可通过有效温度进行量化。
2025-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental verification of a reversed Clausius inequality in an isolated system
热力学第二定律是自然界的基本定律。它几乎普遍与克劳修斯不等式有关，克劳修斯不等式通过提供的热量和温度的比率来降低熵的变化。然而，这一结果的前提是，系统与驱动其进入热状态的热浴接触。对于通过耗散热交换从初始平衡态移动的孤立系，克劳修斯不等式被预测为反转。本文对超冷铯原子的孤立稀气体的非平衡热力学进行了实验研究，该气体可以通过激光冷却技术被热化，也可以被推离平衡。我们确定在这两种情况下的相空间动力学跟踪的气体与位置分辨荧光成像的演变，从中我们评估所有相关的热力学量。我们的结果证实了通常的克劳修斯不等式的有效性的第一个过程和反向克劳修斯不等式的第二个转换。
2020-05-08 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Generalized Clausius relation and power dissipation in non equilibrium stochastic systems
我们扩展了热力学的某些基本和一般概念，离散马尔可夫系统与水库交换功和热。在这个框架中，我们证明了著名的克劳修斯不等式可以推广，并成为一个平等，显着推广了最近的几个结果。我们进一步表明，在一个系统中实现零耗散意味着获得细致平衡，因此有零功率生产。我们得到的不等式的功率生产在更一般的情况下，并表明，近平衡获得最大功率生产需要耗散是相同的数量级。
2008-05-26 cond-mat.stat-mech
Determination of Nonequilibrium Temperature and Pressure using Clausius Equality in a State with Memory: A Simple Model Calculation
使用热的扩展定义dQ=deQ+diQ将大于或等于deQ/T0的克劳修斯不等式dS转换为等式dS=dQ/T，等式涉及具有热从热流向冷的传统解释的系统的非平衡温度T。将该等式应用于一维理想气体自由膨胀的精确量子演化。本文首次在保持初始状态记忆的展开式中计算了非平衡温度T和压力P，并与用独立方法求得的P/T比值进行了比较，以表明非平衡公式的一致性。我们发现量子演化本身不能消除记忆效应，因此不能使系统热化。
2016-05-23 cond-mat.stat-mech
Generalized Non-equilibrium Heat and Work and the Fate of the Clausius Inequality
通过将热dQ和功dW的传统概念推广为还包括它们的与时间相关的不可逆分量d_{i} Q和d_{i} W，允许我们根据瞬时内部温度T（t）和压力P（t）来表示它们，而常规形式使用介质的恒定值T_{0}和P_{0}。这导致了一个非常有用的非平衡态热力学公式，第一定律变成了吉布斯基本关系，克劳修斯不等式在所有情况下都变成了等式\ointdQ（t）/T（t）\equiv 0，这是一个非常显著但意想不到的结果。我们确定了不可逆分量d_{i} Q \equivd_{i} W，并讨论了如何确定它们以获得广义dW（t）和dQ（t）。
2011-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Clausius Inequality for Finite Baths Reveals Universal Efficiency Improvements
我们研究熵产生的纳米器件，这是耦合到有限的热浴。这种情况是越来越多的实验相关性，但大多数理论方法依赖于制定的第二定律有效的无限浴。我们解决这个问题指出，已经克劳修斯'文件从1865年包含一个适当的制定第二定律的有限热浴，这也可以严格来自微观量子描述。这个克劳修斯不等式表明，非平衡过程不像以前认为的那样不可逆。我们用它来正确地扩展兰道尔的原则，有限浴，我们证明，任何热机接触有限浴有一个更高的效率比以前认为的。重要的是，我们的结果很容易研究，只需要平均浴能量的知识。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
First part of Clausius heat theorem in terms of Noether's theorem
本文沿 Lagrangian 与 Hamiltonian 框架，借助 Killing 方程把 Clausius 热定理第一部分与 Noether 定理联系起来，证明“热除以温度”可写成 Noether 荷的恰当微分。
2025-01-20 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Formulation of Entropy through Work by Carnot Machine and Direct Derivation of Law of Entropy Non-Decrease from Kelvin-Planck Principle
本文直接从开尔文-普朗克原理推导熵不减定律，提出基于卡诺机做功的熵表述，并揭示熵为产生系统非均匀性的额外热力学成本。
2025-10-19 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Thermodynamics. Symmetric and Unique Formulation of the First Law, Statistical Definition of Heat and Work, Adiabatic Theorem and the Fate of the Clausius Inequality: A Microscopic View
热和功在非平衡态热力学中的地位是相当混乱和不唯一的，即使在第一定律在交换热和功方面有很长的历史之后，目前仍有相互矛盾的解释，并且远未解决。此外，交换量缺乏一定的对称性。通过将传统的概念推广到包括它们的时间相关的不可逆分量，允许我们以对称形式dE（t）= dQ（t）-dW（t）来表示第一定律，其中dQ（t）和功dW（t）出现在平等的基础上并且具有对称性。我们证明了不可逆功转化为不可逆热。根据微观状态概率p_{i}（t）进行的统计分析唯一地将dW（t）确定为等熵的，而将dQ（t）确定为dE（t）的等距变化（见正文）;对于交换量，不会出现这种明显的分离。因此，我们的第一定律的新公式提供了巨大的优势，并导致了一个非常有用的非平衡态热力学公式，正如我们最近所展示的那样。我们证明了绝热过程不会改变p_{i}。无论系统偏离平衡多远，所有这些结果都是有效的。当系统处于内部平衡时，dQ（t）\equivT（t）dS（t）表示系统的瞬时温度T（t），这让人联想到平衡。我们证明了p_{i}（t）具有与平衡态非常不同的形式。第一定律和第二定律不再是独立的，所以我们只需要一个定律，这又让人想起平衡。传统的公式如克劳修斯不等式{ \oint } d_{e} Q（t）/ T_{0} <0等变为等式{ \oint }dQ（t）/T（t）\equiv 0等，这是一个从不可逆性角度看非常显著但出乎意料的结果。我们确定…
2012-06-04 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Clausius' theorem and the Second law in the process of isoenergetic thermalization
本文利用Clausius公式和熵保持温度，证明了等能量热化过程中第二定律成立，并推广至连续及插值模型，讨论了负热容情形下的替代方案。
2024-08-29 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
The First Principle of Thermodynamics and the Non-Separability of the Quantities "Work" and "Heat": The adiabatic piston controversy
本文分析了两个子系统之间通过一个可动活塞传递的能量不可能分离为功和热。这里所描述的过程虽然是“准静态的”，但是不可逆的。研究表明，克劳修斯提出的第一原理dU=dW+dQ通常不允许物理识别dW和dQ，尽管dU=-pdV+TdS沿着每个子系统的平衡点得到了验证。
2002-05-27 cond-mat.stat-mech
Local rectification of heat flux
我们提出了一个链的原子模型，热整流，不同的通量从热到冷浴位于链边界时，温度偏置是反向的。链是均匀的，除了边界效应和在一个位置的相互作用的局部修改，“杂质”。整流机制在这里是由于局部杂质，除了外部施加的温度偏置之外，结构的唯一不对称元素，并且不依赖于接触不同的材料或其他已知的机制，例如分级或长程相互作用。如果除了杂质的作用力外，所有的作用力都是线性的，那么这种效应就存在。
2017-08-01 cond-mat.stat-mech
Mean-field heat capacity of dilute magnetic alloys
利用稀磁s-d系统M杂质热力学的渐近解，导出了自旋为1/2和3/2杂质的稀磁合金的杂质能量和杂质热容Δ C（T）。调整进入DeltaC的参数以拟合CuCr和LaCeAl_2的杂质热容的实验数据。在低于1 K的温度下，对CuCr和LaCeAl_2的测量结果符合较好。理论Δ C（T）的大小与实验一致，并且不需要像以前的s-d理论那样进行缩放。首次解释了Δ C（T）与杂质浓度的非线性关系。
2007-03-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Crossover temperature of the spin-1/2 XXZ chain with an impurity
通过代数和热Bethe近似方法求解含杂质的可积自旋1/2XXZ周期链，精确地研究了低温下杂质对相互作用量子自旋链的影响.特别是，我们调查的交叉温度的杂质比热依赖于杂质参数，即耦合的杂质到其他自旋，并表明它是一致的，通过设置杂质的磁化率是成正比的交叉温度的倒数得到的解析表达式。在该模型中，出现了两种类型的交叉行为：一种是从高温区到低温Kondo区，另一种是从N位均匀链到具有去耦自由杂质自旋的（N-1）位链，分别与温度和杂质参数有关。
2015-10-22 cond-mat.stat-mech
Possible extended forms of thermodynamic entropy
热力学熵是通过克劳修斯等式由热量测量确定的。熵然后形式化了热力学第二定律对操作的基本限制。熵也表示为微观自由度的香农熵。每当我们试图对热力学熵进行扩展时，我们必须特别注意刚才提到的熵的三个不同方面是如何被改变的。在本文中，我们讨论了热力学熵的可能的扩展。
2013-12-17 cond-mat.stat-mech
Invalidity of the Landauer inequality for information erasure in the quantum regime
克劳修斯不等式的一个已知方面是，受到熵的压缩$\d S<0$的平衡系统必须释放至少一定量的热$|\dbarrm Q|=T|\d S|$。这是Landauer原理的基础，该原理为擦除一位信息所产生的热量设定了一个下限$T\ln 2$。在这里，我们表明，在量子纠缠的世界里，这一定律被打破了，这表明量子信息载体可以比迄今为止所假设的更有效。
2002-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Exact steady states of the impurity-doped XXZ spin chain coupled to dissipators
本文针对两端耦合耗散器的杂质掺杂XXZ自旋模型，给出精确矩阵乘积稳态，发现电流诱导的局域磁化在热力学极限下依然存在且自旋流与杂质强度无关，并通过与非可积模型对比揭示了体可积性的作用。
2024-04-01 cond-mat.stat-mech
Finite-temperature behavior of an impurity in the spin-1/2 XXZ chain
用代数和热Bethe近似方法研究了含杂质的自旋为1/2XXZ的可积周期链的零温和有限温行为。在杂质比热随温度变化的曲线图中，我们发现随着杂质自旋与其它自旋之间交换耦合的减小，杂质自旋从体多体效应中得到更多的解放，并且在低温下杂质自旋与其它自旋之间的耦合也很强，如近藤效应.因此，我们不仅观察到从高温到低温的交叉行为，而且还观察到另一个从$N$ -位点链到具有自由杂质自旋的$(N-1)$ -位点链的交叉行为。我们还表明，在一个给定的低温威尔逊比的估计是独立的杂质参数，如果它的绝对值是足够小的温度，和普适性类描述的XXZ各向异性的修饰电荷。
2014-10-13 cond-mat.stat-mech
Impurity reveals distinct operational phases in quantum thermodynamic cycles
我们分析了杂质对量子奥托和量子卡诺热循环的工作输出和效率的影响，模拟为一个无限方阱（ISW）势中的单个量子粒子，这是工作物质。我们解决了这个量子力学系统的扰动到第一和第二阶的强和弱耦合制度的杂质的强度，分别。我们推导了强度参数为一阶的强耦合区的功和效率的解析表达式。对于排斥和吸引杂质，得到了弱耦合时强度参数的阈值，在此阈值以下数值结果与微扰结果一致。令我们惊讶的是，嵌入的杂质开启了系统中新的操作阶段，例如量子热机，量子制冷机和量子冷泵。此外，量子奥托热机的效率被认为是达到卡诺效率的某些参数制度。量子制冷机和量子冷泵的制冷功率和性能系数受杂质的影响很大。
2022-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Heat can flow from cold to hot in Microcanonical Thermodynamics of finite systems and the microscopic origin of phase transitions
热力学允许统计力学应用于有限甚至小系统。由于表面效应不能按比例缩小，因此必须小心将系统一分为二或使两个系统通过能量或粒子交换进行热接触的标准论点：不仅必须考虑熵的体积部分。任何其他宏观约束的添加，如分割表面，或能量/粒子梯度的强制执行，都会降低熵。如这里将示出的，当在负热容量的区域中去除这种约束时，系统甚至可以在热流下相对于温度斜率松弛。因此，克劳修斯第二定律的表述：“热总是从热流向冷”可以被违反。然而，第二定律仍然得到满足，总玻尔兹曼熵在上升。在最后一章中，我们讨论了导致相分离时微正则熵凸性的一般微观机制。这是解释的液体-气体和固体-液体的转变。
2003-07-16 cond-mat.stat-mech nucl-th
Impurity in a granular gas under nonlinear Couette flow
本文研究了在定常非线性库埃特流作用下颗粒气体中杂质的输运性质。起点是作者最近提出的低密度颗粒混合物的动力学模型[Vega Reyes F et al. 2007 Phys. Rev. E 75 061306]。已经考虑了两条路线。首先，通过利用气体粒子和杂质的动力学方程之间的正式映射，找到流体动力学或正常的解决方案。我们表明，杂质的输运性质的特征在于由杂质和气体粒子的温度之间的比率和由五个广义输运系数：三个与动量通量有关（非线性剪切粘度和两个法向应力差）和两个与热通量相关（非线性热导率和测量与热梯度正交的热通量分量的交叉系数）。其次，通过一个蒙特卡罗模拟方法，我们数值求解的动力学方程，并表明，我们的流体动力学解决方案是有效的，在大部分的流体时，使用现实的边界条件。此外，流体动力学的解决方案适用于任意（连续制度内）的剪切速率，非弹性，和系统的其余参数的大值。真实玻尔兹曼描述的初步模拟结果表明了动力学模型的非线性流体动力学解的可靠性。这再次表明，即使在极端条件下，超出Navier-Stokes域的颗粒流的流体动力学描述的有效性。
2008-09-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
