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
Work Output and Efficiency at Maximum Power of Linear Irreversible Heat Engines Operating with a Finite-Sized Heat Source
我们制定的线性不可逆热机之间的有限大小的热热源和无限大小的冷热源工作，直到整个系统达到最终的热平衡状态与均匀的温度的功输出和效率。证明了在紧耦合条件下，当热机以最大功率工作时，无热漏时，输出功仅为（火用）的一半，即从热源中提取的最大可用功。因此，相应的效率也是其准静态对应物的一半。
2014-05-02 cond-mat.stat-mech
Effects of Magnetic Anisotropy on 3-Qubit Antiferromagnetic Thermal Machines
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso（天主教瓦爾帕萊索大學）；Universidad Técnica Federico Santa María（費德里科·聖塔瑪麗亞理工大學）；Millennium Nucleus in NanoBioPhysics (NNBP)（納米生物物理千年核）；Universidad Mayor（馬約爾大學）；Ohio University（俄亥俄大學）
本研究探讨了磁各向异性对三量子比特反铁磁热机的影响，发现易轴各向异性显著提升Stirling和Otto循环的发动机效率，且Stirling循环在量子临界点实现卡诺效率并展现全部热操作模式。
2024-09-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Reversible quantum Brownian heat engines for electrons
布朗热机利用非对称势中的局部温度梯度来对抗外力移动粒子。这种机器的能量效率通常受到与不同热浴接触的颗粒所携带的不可逆热流的限制。在这里，我们表明，通过使用适当选择的能量过滤器，电子可以可逆地转移之间的水库，具有不同的温度和电化学电位。我们应用这一结果，提出热机的基础上介观半导体棘轮，它可以准静态操作任意接近卡诺效率。
2002-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Optimizing Brownian heat engine with shortcut strategy
等温线的捷径提供了一种强有力的方法来加速有限时间内的准静态热力学过程的操纵。我们采用捷径策略来设计和优化布朗热机，并制定了一个几何描述的热力学长度的能量。我们得到了一个紧密的和可达的输出功率的界，这是达到了最佳的协议，以改变控制参数与适当的恒定速度的热力学长度。我们的结果推广了以前的优化在高度欠阻尼和过阻尼制度的一般阻尼的情况下，并适用于任意有限时间周期。
2022-07-15 cond-mat.stat-mech
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
Extracting work from a single heat bath through feedback
如果有更多信息，可以从单个热浴中提取功。对于典型的情况下，布朗粒子的谐波电位，其位置已被测量的有限精度，我们确定的最佳协议操纵的中心和刚度的潜力，以最大限度地提高这项工作在一个有限的时间过程。只有当势的位置和刚度都被控制并且过程是准静态的时，才能达到由涉及信息的广义第二定律不等式对这项工作施加的约束。根据我们的分析结果，对这种周期性运行的“信息机器”所提供的功率进行了估计。
2011-03-07 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
Energetics of a simple microscopic heat engine
我们模拟一个微观热机作为一个粒子跳跃的一维晶格在一个周期性的电势，有或没有负载，辅助的热踢，它从交替放置的热和冷的热浴。我们找到了解析表达式的电流和热流率时，发动机工作在稳态。三个区域被确定为模型作为一个热机或作为一个冰箱或两者都不。在准静态极限下，发动机的效率和制冷机的性能系数分别接近卡诺发动机和卡诺制冷机。我们调查效率的发动机在两个操作条件下（在最大功率和最佳值的能量和时间），并比较它们与内可逆和卡诺发动机。
2005-03-23 cond-mat.stat-mech
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。
2008-04-02 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Operational characteristics of single particle heat engines and refrigerators with time asymmetric protocol
研究了有限时间时间非对称协议驱动的单粒子热机和制冷机。我们的系统包括一个粒子在一个谐波陷阱与时间周期性的强度，驱动粒子循环之间的两个浴。每个循环由两个不同温度下的等温步骤和两个连接它们的绝热步骤组成。该系统工作在不可逆的操作模式，即使在准静态政权。这是由有限的熵产生表明，即使在大周期的时间限制。因此，不能实现热机的卡诺效率或制冷机的卡诺性能系数（COP）。我们进一步分析了热机和制冷机的相图。它们对协议的时间不对称性很敏感。相图显示了几个有趣的特征，通常是违反直觉的。随机效率和COP的分布是广泛的，并表现出幂律尾部。
2016-01-05 cond-mat.stat-mech
Magnetically driven quantum heat engine
我们研究了两种不同的磁驱动量子热机方案的效率，考虑作为工作物质的一个单一的非相对论粒子被困在一个圆柱形势阱中，在存在一个外部磁场。第一个方案是一个循环，由两个绝热和两个等能可逆轨道在位形空间。轨迹由外部磁场强度的准静态调制驱动。第二种方案是前者的一个变体，其中等能轨迹被等温轨迹所取代，沿着该轨迹系统与宏观恒温器接触。这第二个方案构成了经典卡诺循环的量子模拟。
2014-05-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum heat engine in the relativistic limit: The case of a Dirac particle
我们研究了量子热机的两种不同方案的效率，考虑一个单一的狄拉克粒子被困在一个无限的一维势阱作为“工作物质”。“第一个方案是一个循环，由两个绝热和两个等能可逆轨道在位形空间。的轨迹是由一个准静态变形的势阱由于外部施加的力。第二种方案是前者的一个变体，其中等能轨迹被等温轨迹所取代，沿着该轨迹系统与宏观恒温器接触。这第二个方案构成了经典卡诺循环的量子模拟。我们的表达式，从狄拉克单粒子谱，收敛在非相对论性的限制，在文献中的薛定谔光谱的一些现有的结果。
2013-01-11 cond-mat.stat-mech
A stochastic heat engine using an active particle
微观热机是近年来国内外研究的热点。微观热机可以利用热以及主动波动提取热力学功。我们调查的微观斯特林发动机，使用主动（自推进）粒子作为工作物质，在两个热浴接触的属性。它示出的活性的存在下，导致增强的性能的发动机。效率可以通过增加所有循环时间的活性强度来提高，包括非准静态状态。我们验证了分析结果与我们的模拟吻合得很好。还探讨了效率随两个热浴之间的温差的变化。以发动机的有效功率为量化指标，推导出发动机的最佳工作区域。最后，提供了一个简单的模型，模拟由该发动机驱动的飞轮的行为。
2019-12-23 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic optimization of thermal landscapes and energy barriers in a Brownian heat engine
West Los Angeles College（西洛杉矶学院）
本文针对布朗热机构建逆设计问题，推导了任意温度场的稳态电流与概率密度，得到准静态效率最优解及有限电流下的优化条件，明确了最大化电流的能垒平衡关系。
2026-09-03 cond-mat.stat-mech
Hidden symmetries and nonlinear constitutive relations for tight-coupling heat engines
典型的热机表现出一种同构性：循环热机与其两个热源之间的热交换遵循相同的函数类型;自主式热机的正向和反向流动也遵循相同的函数类型。这种同型性在数学上反映在热机的隐藏对称性的存在上。循环热机与其两个热源之间的热交换在宇称反转和时间反转操作的联合变换下是双重的。类似地，在宇称反转下，自主热机中的前向流和后向流也是对偶的。考虑到这些隐藏的对称性，我们分别推导出紧耦合循环热机和紧耦合自主热机的二次非线性本构关系。
2015-01-20 cond-mat.stat-mech
Dissipative heat engine is thermodynamically inconsistent
考虑了基于卡诺循环运行的热机，其中所执行的机械功在较暖等温线的温度下在发动机内耗散，并且所产生的热与外部热输入一起被添加到发动机。发动机每个循环所作的功增加了，但损失了前一个循环所消耗的功。结果表明，这样一个耗散的热机是热力学不一致的违反热力学第一和第二热力学定律。现有的采用耗散热机概念的物理模型，特别是飓风发展的热机模型，在物理上是无效的。
2009-10-05 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph physics.class-ph
Abstract models for heat engines
回顾了热机的三种抽象模型，包括热物理教科书中的经典抽象模型、有限时间热机的初级抽象模型和有限时间热机的精细抽象模型。有限时间热力学文献中热机的详细模型可以映射为精化的抽象模型。最后展望了基于精化抽象模型的未来发展。
2020-10-12 cond-mat.stat-mech
Effect of finite-size heat source's heat capacity on the efficiency of heat engine
用于输出有用功的热机具有重要的实际意义，它一般在无限大的恒温热浴之间运行。本文研究了在两个具有初始温差的有限热源之间运行的热机的效率。由于热源的热容量有限，这种热机的总输出功是有限的。研究了准静态极限下不同热源热容特性对热机最大做功效率的影响。此外，我们还研究了有限时间内发动机的效率，发现效率遵循$η=η_{\mathrm{C}}/4+O\left(η_{\mathrm{C}}^{2}\right)$的简单普适性。值得注意的是，当热源的热容为负时，如黑洞，我们表明，热机效率在操作过程中可以超过卡诺效率所确定的热源的初始温度。进一步论证了初始温差为零的两个黑洞之间的热机可以由能量涨落驱动。证明了相应的EMW为$μ=\left(2-\sqrt{2}\right)/2\approx0.29$，它是S. W.霍金
2019-10-30 cond-mat.stat-mech gr-qc physics.class-ph
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
Attainability of maximum work and the reversible efficiency from minimally nonlinear irreversible heat engines
我们使用不可逆热力学的一般公式和研究的最小非线性不可逆模型的热机之间运行的时变热热源的有限大小和冷热源的无限大小。在紧耦合条件下，即系统与热源之间无热漏的条件下，得到了最小非线性不可逆热机的最优效率达到可逆效率的判据。假定热库向冷库的传热速率服从傅立叶定律，讨论了在有限时间内有限功率下获得可逆效率的物理条件。在非紧耦合条件下，计算了最小非线性不可逆热机的最大功率效率。
2018-11-26 cond-mat.stat-mech
Information Arbitrage in Bipartite Heat Engines
研究二部热机与信息引擎的等价性，证明二部热机需作为信息引擎才能输出净功，而信息引擎需作为热机才能提取超额功，为纳米机器设计提供原则。
2024-04-04 cond-mat.stat-mech
Quantum heat engines with multiferroic working substance
本文综述了量子热力学和量子热机领域的最新进展。一个特别强调的是把有限时间量子周期和绝热捷径的可能性。我们详细讨论了特定的量子热机与多铁性工作物质。
2017-03-02 cond-mat.stat-mech
Experimental characterization of autonomous heat engine based on minimal dynamical-system model
自主式热机是一种利用非平衡流进行操作的自主非平衡系统（如生物细胞）的模型系统。由于卡诺热机对平衡态热力学的贡献是本质性的，因此自主热机有望在构建非平衡态热力学的挑战中发挥关键作用。然而，发动机的高度复杂性，涉及热，气流和力学之间的复杂耦合，阻碍了简单的建模。在这里，我们的实验特点的非平衡动力学和热力学的低温差斯特林发动机，这是一个模型自主热机。我们的实验表明，核心发动机动力学定量描述的最小动力学模型只有两个自由度。该模型提出了一个新的概念，说明了发动机作为一个由热力学力驱动的热力学钟摆。这一工作为从简单动力学系统出发研究自治系统的非平衡态热力学开辟了一条新途径。
2020-04-23 cond-mat.stat-mech
Optimizations of Multilevel Quantum Heat Engine with N Noninteracting Fermions Based on Lenoir Cycle
本文研究了在由多层无限深势方阱中的$N$非相互作用费米子组成的量子动力学场中的热机优化问题。费米子作为发动机的工作物质，每个粒子嵌套在不同的能量水平上。通过对量子热机模型的物理参数分析，导出了热机模型的最优性质，对量子热机模型进行了优化。我们研究的模型由一个高能热浴和一个低能沉浴组成。在这两个热源之间发生热漏，将使量子热机模型的效率退化。随着漏热常数的增大，退化程度增大。我们还获得了无量纲功率与发动机效率的循环曲线，其中效率明显受到热泄漏的影响，但与功率输出相反。从曲线上可以看出，随着压缩比的提高，有泄漏的发动机的效率将回到零。最后，我们检查了具有不同水平热漏的每个模型的克劳修斯关系。我们发现，泄漏的模型有一个可逆的过程，对特定的压缩比的每一个变化的热泄漏。然而，由于可逆点之后的$\oint dQ/E>0$，即违反克劳修斯关系，压缩比具有限制。
2022-02-20 cond-mat.stat-mech
The Brownian gyrator: a minimal heat engine on the nano-scale
一个布朗粒子移动的影响下，从两个不同的热浴的耗散和热噪声的通用潜在的最小值附近被示出作为一个最小的热机，产生一个系统的扭矩到物理对象的潜在的起源和相反的扭矩到介质产生的耗散。
2007-10-19 cond-mat.stat-mech
Optimization of a class of heat engines with explicit solution
分析了一类由半直线（$0<x<+\infty$）中定义的含时势循环驱动的随机热机。对于这样的发动机，它们的大部分物理量都可以显式地获得，包括热机的熵和内能，以及在有限时间间隔内输出的功（功率）和与环境的热交换。提出了一种基于外势的优化方法，以减少{ \it不可逆}功，提高能量效率。在此基础上，计算了效率$η^*$及其在最大功率下的具体值$η^*_{\rm EMP}$，并作了简要讨论。
2020-02-15 cond-mat.stat-mech
Approaching the Landauer Bound without Slowing Down
Xiamen University（厦门大学）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Zhejiang University of Science and Technology（浙江科技学院）
本文从准静态过程、有限时间重置和规模效应三方面证明相干量子比特集体重置在热力学代价和性能上优于并行重置，为量子器件制造提供理论蓝图。
2026-11-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
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。
2015-01-17 cond-mat.stat-mech
A stochastic heat engine driven using a nonlinear protocol
本文提出一种受工程化快速平衡方法启发的非线性协议，用于驱动被动和主动环境中的斯特林热机，显著提升短时间尺度下的效率，并能在强活性条件下将热泵式运行转变为真正的热机。
2026-11-13 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 heat engine efficiency with a paramagnetic gas
考虑理想顺磁介质，本文推导了以顺磁气体为工质的卡诺热机的热效率表达式。我们发现，在理想气体，光子气体和可变Chaubergin气体中，效率取决于卡诺循环的最高和最低温度的限制。
2019-05-15 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power: An analytically solvable model for stochastic heat engines
在有限时间热力学框架下研究了一类循环布朗热机。对于无限长的循环时间，发动机在卡诺效率极限下工作，但是产生零功率。对于最大功率下的效率，我们发现了一个普遍的表达式，不同于内可逆的Curzon-Ahlborn效率。我们的结果说明了一个简单的一维引擎的工作，并与时间相关的谐波势。
2007-10-22 cond-mat.stat-mech
Geometric Heat Engines Featuring Power that Grows with Efficiency
热力学对热机的效率有限制，但对它们的输出功率或功率和效率如何随发动机的循环时间变化没有限制。在这篇手稿中，我们开发了一个几何描述的功率和效率作为循环时间的函数，适用于一类重要的热机模型。该几何描述用于设计在快速驱动极限下获得最大功率和最大效率的发动机协议。此外，利用这种方法，我们还证明了，没有协议可以精确地达到卡诺效率在非零功率。
2016-02-23 cond-mat.stat-mech
Hierarchical Onsager symmetries in adiabatically driven linear irreversible heat engines
在现有的线性响应理论的气动驱动的循环热机，Onsager对称性，确定只有现象，和全局和局部Onsager系数之间的关系，定义在一个周期，并在任何时刻的一个周期，分别没有得出。为了解决这一问题，我们发展了一个线性响应理论的速度，在一般高斯热机服从福克-普朗克动力学的参数和温度的变化。我们建立了一个层次关系的全局线性响应关系，定义在一个周期的热机，和本地的，定义在任何时刻的周期。这就产生了一个详细的表达式的全球Onsager系数的局部Onsager系数。此外，我们推导出的效率界，这是更严格的卡诺界，为气动驱动的线性不可逆热机的基础上详细的全球Onsager系数。最后，我们使用最简单的随机布朗热机模型演示了该理论的应用。
2021-05-16 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
Maximum efficiency of steady-state heat engines at arbitrary power
本文讨论由两个热源维持的非平衡稳态状态下热机的效率。在线性不可逆热力学的一般框架内，我们推导出一个通用的上限的效率的发动机在任意固定的功率。此外，我们表明，稍微降低功率低于其最大值可以导致显着的效率增益。所提出的分析产生的精确表达式，这个增益和相应的上限。
2016-05-10 cond-mat.stat-mech
Optimal control theory for maximum power of Brownian heat engines
该研究运用最优控制理论，确定了通用阻尼情形下布朗热机的最优循环结构，填补了过阻尼与欠阻尼极限间的研究空白，还明确了实现最大功率的合适摩擦系数，为高性能布朗热机实验研发提供参考。
2024-10-30 cond-mat.stat-mech
Relation between fluctuations and efficiency at maximum power for small heat engines
本文研究了一类四冲程热机的各种典型循环的功输入方差之比$η^{(2)}$。最近对$η^{(2)}$的上界和下界的研究分别基于准静态极限和线性响应区域。我们将这些关系扩展到有限时间内的内可逆近似制度。我们考虑在最大功率下的比率$η_{\text{MP}}^{(2)}$，并且发现Curzon-Ahlborn效率的平方$η_{\text{CA}}^2$给出了所考虑的热机的类的$η_{\text{MP}}^{(2)}$的良好估计，即，$η_{\text{MP}}^{(2)} \simeq η_{\text{CA}}^2$。这类似于Curzon-Ahlborn效率给出各种有限时间热机在最大功率下的效率的良好估计的情况。以谐振势中的过阻尼布朗粒子为例，实现了这样的内可逆小热机，并给出了输出功和输入热的累积量的表达式。通过数值模拟验证了近似关系式$η_{\text{MP}}^{(2)} \simeq η_{\text{CA}}^2$的正确性。这种关系也表明了有限时间热机在最大功率下的效率和稳定性之间的权衡。
2022-11-30 cond-mat.stat-mech
Fluctuation Relation for Heat Engines
我们推导出确切的等式，称为波动关系的热机（FRHE），涉及统计的热量提取的两个热浴和工作的热机操作的每一个周期。经典热力学的卡诺不等式是FRHE的直接结果。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum mechanical bound for efficiency of quantum Otto heat engine
热力学第二定律限制了热机的效率，无论是经典的还是量子的，都不能大于普适的卡诺效率。我们发现了由谐振子组成的量子奥托热机效率的另一个界。发动机的动力学由密度矩阵的林德布拉德方程控制，该方程映射到准概率分布的福克-普朗克方程。将随机热力学应用于Fokker-Planck方程组，得到了效率的$\hbar$依赖的量子力学界。结果表明，该界比卡诺效率更紧。发动机在低温极限中达到了量子效应占主导地位的界限。我们的工作表明，量子性质可以抑制热机的性能方面的效率限制，功和功率输出。
2019-05-14 cond-mat.stat-mech
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Second moments of work and heat for a single particle stochastic heat engine in a breathing harmonic potential
本文考虑一个简单的随机热机模型，它由一个在一维周期呼吸谐振势中运动的布朗粒子组成。假设过阻尼限值。以积分的形式得到了热功二阶矩（方差和协方差）的表达式，其被积函数包含满足一定微分方程的函数。准静态极限的结果是热浴和冷浴温度的简单函数。工作的变异系数建议给出一个近似的概率工作超过一定的阈值。在推导过程中，我们得到了累积量母函数的表达式。
2022-02-03 cond-mat.stat-mech
Fluctuations in heat engines
在热力学的黎明，卡诺的限制效率的热机刺激制定的最普遍的物理原则之一，热力学第二定律。近年来，热机领域获得了一个新的转折，由于巨大的努力，开发和描述微观机器的基础上系统小到单个原子。在微观尺度上，涨落是动力学和热力学变量（如功和热涨落）的固有组成部分。第二定律的新的概率公式暗示了小热机的波动输出功率和效率的一般对称性和限制。对它们的完全理解是否会引发一场类似于第二定律发现的革命？在这里，我们审查已知的一般结果有关的波动，在性能的小型热机。为了使讨论更加透明，我们说明了关于精确可解模型的主要抽象发现，并为该领域的新手提供了全面的理论介绍。
2021-12-09 cond-mat.stat-mech
Heat engines at optimal power: Low-dissipation versus endoreversible model
热机的低耗散模型和内可逆模型是有限时间热力学中两种最常用的热机模型。在本文中，我们比较了这两种模式下的最佳功率输出的性能特点。我们指出它们之间的基本等价性，在线性响应制度。
2017-07-18 cond-mat.stat-mech
Efficiency and power of minimally nonlinear irreversible heat engines with broken time-reversal symmetry
研究了时间反演对称性可能破缺的最小非线性不可逆热机。导出了功率和效率的表达式，其中包含了耗散非线性项的影响。我们表明，在线性响应，最小的非线性不可逆热机，使达到卡诺效率在正功率。我们还发现，Curzon-Ahlborn限制强加在最大功率的效率可以oversized，如果时间反演对称性被打破。
2018-02-19 cond-mat.stat-mech
General relations between the power, efficiency and dissipation for the irreversible heat engines in the nonlinear response regime
本文导出了不可逆热机在非线性响应区的最大功率、最大效率和最小耗散之间的一般关系。在这种情况下，我们使用最小非线性不可逆模型，并获得了上述关系的上下界的非对称耗散限制。当系统具有时间反演对称性或反对称性时，这些关系可以进一步简化。我们发现，我们的结果是各种这样的关系得到较早的不同热机的推广。
2018-01-05 cond-mat.stat-mech
Universality of energy conversion efficiency for optimal tight-coupling heat engines and refrigerators
统一的$χ$ -热力设备（包括热机和制冷机）标准，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 \emph{et al} 2012 \textit{Phys. Rev. E} \textbf{85} 010104（R）]，针对在温度为$T_c$和$T_h(>T_c)$的两个热浴之间运行的紧耦合热机和制冷机进行了优化。通过对与两个热浴之间的热传递有关的热力学通量采取新的约定，我们发现，对于与两个热浴紧密且对称地耦合的制冷机，性能系数（即，当两个热浴$\varepsilon_C^{-1}\equiv (T_h-T_c)/T_c$之间的相对温差足够小时，最大$χ$下的制冷机的能量转换效率）渐近地接近于$\sqrt{\varepsilon_C}$。相应地，最大$χ$时的效率本文证明了两个热浴器紧对称耦合热机的最大功率（等效于最大功率）是$η_C/2+η_C^2/8$，直到$η_C\equiv (T_h-T_c)/T_h$的二阶项，其在存在左右对称性的情况下在小温差下在两个热浴之间操作的紧耦合热机的最大功率下恢复到通用效率[Esposito \emph{et al} 2009 \textit{Phys. Rev. Lett.} \textbf{102} 130602]。
2013-05-26 cond-mat.stat-mech
An adjustable Brownian heat engine
一个微观的热机被建模为一个布朗粒子在一个sawtooh潜力（与负载）移动通过一个高粘度的介质驱动的热踢，它从交替放置的热和冷的热源。我们发现封闭形式的表达作为一个功能的参数表征模型的电流。根据这些模型参数的值，发动机也被发现作为一个冰箱的功能。表达式的效率以及制冷机的性能也报告。研究这些量如何依赖于模型参数，使我们能够确定参数空间中的点，发动机以最大功率或最佳效率运行。相应的效率的发动机，然后与内可逆和卡诺发动机。
2002-08-25 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power of minimally nonlinear irreversible heat engines
本文提出了一种新的通用理论模型--最小非线性不可逆热机，用于研究在$T_h$温度下的热热源和$T_c$温度下的冷热源之间运行的热机在最大功率$η^*$时的效率（$T_c \le T_h $）。我们的模型是基于扩展的Onsager关系与一个新的非线性项意味着功耗。在这个模型中，我们表明，$η^*$是有界的卡诺效率的函数$η_C\equiv 1-T_c/T_h$作为$η^*\le η_C/(2-η_C)$从上侧。我们证明了我们的理论的有效性，低耗散卡诺引擎可以很容易地描述我们的理论。
2012-01-26 cond-mat.stat-mech
Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Inattainability of Carnot efficiency in the Brownian heat engine
讨论了布朗热机的可逆性。我们对Büttiker-Landauer系统的Kramers方程进行了渐近分析，定量地证明了即使在完全过阻尼极限下，卡诺效率也是不可达到的.这种不可达性归因于温度边界上不可避免的不可逆热流。
2000-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum point contacts as heat engines
宏观热机的效率受到热力学第二定律的限制。它们最多能达到卡诺热机的效率。相比之下，在介观热机中的热流表现出波动。因此，介观热机在短的测量时间内超过卡诺最大值的概率很小。我们使用量子点接触作为热机来说明这种效应。当温度差被施加到量子点接触时，该系统可以在稳态条件下被用作电功率源。我们首先讨论这样一个热机的最佳工作点，最大化所产生的电力，随后计算的统计偏差的效率从其最可能的值。我们发现，超过卡诺极限的偏差是可能的，但不太可能。
2015-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum-Enhanced Heat Engine Based on Superabsorption
我们提出了一个量子纠缠增强的热机。我们的方案的关键特征是超吸收，这有助于增强纠缠量子比特的能量吸收。而传统的引擎与$N$可分离的量子位提供功率与$P = Θ(N)$的缩放，我们的引擎使用超吸收提供功率与$P = Θ(N^2)$的量子缩放。这种量子热机也表现出比经典的$N$粒子朗之万系统组成的缩放优势。我们的工作阐明了量子性能的增强。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
