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
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
Optimizing non-ergodic feedback engines
麦克斯韦妖是反馈控制系统的一种特殊情况，其中通过测量收集的信息通过沿着取决于测量结果的热力学过程驱动系统来利用。这个恶魔说明，有了反馈，人们可以设计一个引擎，通过从一个单一的热浴中提取能量来做功。除了恶魔提出的基本问题-第二定律的概率性质，熵和信息之间的关系等-还有其他与反馈引擎有关的实际问题。其中之一是最佳引擎的设计，即在给定一定信息量的情况下提取最大能量的协议。反馈系统的第二定律的改进建立了对提取的能量的约束，该约束由最优反馈引擎满足。众所周知，最佳发动机的特征在于时间可逆性。因此，给定测量的最佳协议是反向运行的协议，该协议在测量后状态下准备系统（准备处方）。在本文中，我们回顾了这些结果，并分析了一些具体的特点，准备处方时，适用于非遍历系统。
2013-06-03 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
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
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
Exactly solvable model of a passive Brownian heat engine and its comparison with active engines
我们使用不同的单粒子随机模型对被动和主动微型热机进行了广泛的分析。利用随机热力学，我们计算了被动和主动布朗热机的热力学功，热量，熵产生和效率的解析以及数值和比较他们。我们运行的热机的协议，平均热力学量计算精确的任意周期时间。我们还讨论了组的协议，可以做精确的非准静态计算，完全在被动发动机的情况下，部分在主动发动机。我们得到详细的非准静态（即强大的）单粒子微型热机的热力学。结果的准静态（即零功率）极限是通过长（无限）周期时间获得的。我们还研究了被动和主动发动机中受限粒子的位置分布。我们比较他们的特性的参数，测量在粒子的位置（由于主动噪声）和谐波约束的主动持久性之间的竞争。我们还计算了多余的峰度，以衡量这些分布的非高斯性。我们的分析表明，这种热机的效率可以提高或降低，这取决于模型中存在的活动。
2022-06-19 cond-mat.stat-mech
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。
2025-09-19 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
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
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)$从上侧。我们证明了我们的理论的有效性，低耗散卡诺引擎可以很容易地描述我们的理论。
2012-01-26 cond-mat.stat-mech
Exploring the operation of a tiny heat engine
将微型热机模型化为布朗粒子在粘性介质中运动，并在其运动路径上放置热浴和冷浴$\it {alternately}$，得到稳态电流随模型参数变化的封闭表达式.这使我们能够处理的模型的能量和评估其效率或其系数的性能取决于模型的功能，无论是作为一个热机或作为一个冰箱，分别。我们还研究了电流随感兴趣参数变化的方式。当我们绘制出显示模型运行方式的相图时，我们不仅找到了它作为热机和制冷机的区域，而且还确定了模型既不作为热机也不作为制冷机的区域。
2006-05-09 cond-mat.stat-mech
Bounds of Efficiency at Maximum Power for Normal-, Sub- and Super-Dissipative Carnot-Like Heat Engines
根据“等温”过程中最小不可逆熵产与完成这些过程所需时间的关系，将类卡诺热机分为正常耗散、亚耗散和超耗散三类。本文证明了正常、亚、超耗散类卡诺热机在最大功率时的效率分别有界于$η_C/2$与$η_C/(2-η_C)$、$η_C /2$与$η_C$、0与$η_C/(2-η_C)$之间。这些边界也被线性、亚线性和超线性不可逆卡诺式发动机所共享[Tu和Wang，Europhys. Lett. 98，40001（2012）]，尽管耗散发动机和不可逆发动机彼此不等价。
2013-01-24 cond-mat.stat-mech
Universal trade-off between power, efficiency, and constancy in steady-state heat engines
理想地，热机应当具有大的功率输出，接近卡诺效率操作，并且表现出恒定性，即，在这个输出中只表现出很小的波动。对于稳态热机，由两个热浴之间的恒定温差驱动，我们证明了这三个要求只有两个是兼容的。恒定性在数量上进入了功率和效率之间的传统权衡。因此，我们合理化和统一最近的建议，克服这个简单的权衡。我们的普遍约束的量子点太阳能电池的典范模型和布朗回转器提供机械工作对外力说明。
2018-05-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic Floquet quantum heat engines and stochastic efficiencies
基于量子轨道的概念，我们提出了Floquet量子热机的随机理论框架。作为应用，研究了二能级Floquet量子热机两种随机效率的大偏差函数。我们发现，一种效率的统计数据与Verley等人[Phys. Rev. E { \bf 90}，052145（2014）]开发的效率波动的普适理论的预测吻合得很好，而另一种效率的统计数据则不吻合。这种差异的原因是由于缺乏波动定理的后一种类型的效率。
2020-07-11 cond-mat.stat-mech
Relation between fluctuations and efficiency at maximum power for small heat engines
本文研究了一类四冲程热机的各种典型循环的功输入方差之比$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$的正确性。这种关系也表明了有限时间热机在最大功率下的效率和稳定性之间的权衡。
2022-11-30 cond-mat.stat-mech
Finite-time thermodynamics: A journey beginning with optimizing heat engines
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）
本文综述了有限时间热力学的历史发展，回顾了过去二十年该领域的研究现状，重点探讨了有限时间热力学循环的基本限制、热力学过程的最优控制与优化、非常规热机的操作以及实验进展。
2024-11-06 cond-mat.stat-mech physics.app-ph physics.class-ph
Fluctuation Relation for Heat Engines
我们推导出确切的等式，称为波动关系的热机（FRHE），涉及统计的热量提取的两个热浴和工作的热机操作的每一个周期。经典热力学的卡诺不等式是FRHE的直接结果。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
A Numerical Method to Find the Optimal Thermodynamic Cycle in Microscopic Heat Engine
热机是发展非平衡态热力学的基本物理对象。热机的热力学性能取决于循环的选择和参数的时间依赖性。在这里，我们提出了一个系统的数值方法来找到一个热机循环优化一些目标函数。我们将该方法应用于参数缓变的热机，并表明该方法工作良好。我们的数值方法是基于遗传算法，这是广泛应用于各种优化问题。
2021-04-29 cond-mat.stat-mech quant-ph
Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Inattainability of Carnot efficiency in the Brownian heat engine
讨论了布朗热机的可逆性。我们对Büttiker-Landauer系统的Kramers方程进行了渐近分析，定量地证明了即使在完全过阻尼极限下，卡诺效率也是不可达到的.这种不可达性归因于温度边界上不可避免的不可逆热流。
2000-08-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum point contacts as heat engines
宏观热机的效率受到热力学第二定律的限制。它们最多能达到卡诺热机的效率。相比之下，在介观热机中的热流表现出波动。因此，介观热机在短的测量时间内超过卡诺最大值的概率很小。我们使用量子点接触作为热机来说明这种效应。当温度差被施加到量子点接触时，该系统可以在稳态条件下被用作电功率源。我们首先讨论这样一个热机的最佳工作点，最大化所产生的电力，随后计算的统计偏差的效率从其最可能的值。我们发现，超过卡诺极限的偏差是可能的，但不太可能。
2015-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum-Enhanced Heat Engine Based on Superabsorption
我们提出了一个量子纠缠增强的热机。我们的方案的关键特征是超吸收，这有助于增强纠缠量子比特的能量吸收。而传统的引擎与$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
The invariant-based shortcut to adiabaticity for qubit heat engine operates under quantum Otto cycle
在本文中，我们研究的作用和相关性的成本为基础的快捷方式绝热使量子位热机运行在量子奥托循环。我们考虑一个量子位热机与朗道-齐纳哈密顿和改善其性能使用刘易斯-Riesenfeld不变量为基础的捷径绝热方法。针对成本对提高性能的重要性，本文探讨了成本与热机的功和效率的关系。我们分析了热机循环中非绝热幺正过程的成本随时间的变化。还讨论了获得量子位热机的准静态性能所需的成本。我们发现，由于非绝热性的发动机的效率损失可以恢复使用快捷的方法，它甚至有可能在有限的时间内，以较高的成本获得准静态性能。
2022-03-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Beyond the Carnot Limit in the Internal Cycles of a Quantum Heat Engine under Finite Heat Reservoirs
本文解析研究了耦合有限热库的微观量子热机卡诺循环，证明其内部循环可在不消耗额外量子资源的情况下超越标准卡诺极限，并揭示了有限热库热容量对最大效率和功率输出的关键作用。
2024-09-02 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
Heat engine model exhibit super-universal feature and capture the efficiencies of different power plants
我们提出了一个广义的热机模型，并计算了最大功率时效率的最小和最大界限。得到了最大功率效率的广义极值界的普遍形式。我们的模型统一的界限上的效率和普适性的功能，观察到各种热机模型。即使我们的模型是一个直接推广的低耗散的热机，在一个单一的目标函数获得的效率的界限捕捉在实际发电厂工作在不同的耗散水平。
2019-08-29 cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Brownian yet Non-Gaussian Heat Engine
该研究针对非均匀热浴中迁移率涨落的布朗热机开展，通过含时简谐势束缚粒子并执行斯特林循环，经数值计算与对比发现正常扩散系统中高斯热机性能为上界，非高斯位置分布会降低随机热机性能。
2024-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometric characterization for cyclic heat engines far from equilibrium
该研究针对远离平衡的循环热机，通过几何长度与时间尺度建立功率-效率权衡关系，给出功率的几何上界，提供了适用于经典和量子热机的性能几何表征方法。
2024-04-12 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
Second law for active heat engines
宏观循环热机是热力学出现的主要动力。在过去的十年中，循环热机，有很大的波动，并在有限的时间内运行的随机热力学的更现代的框架内进行了研究。这种热机的第二定律指出，效率不能大于卡诺效率。对于存在隐耗散自由度的系统，也称为非平衡或活性库，循环活性热机的概念也在理论和实验中进行了研究。这种主动发动机表现出相当有趣的行为，如“效率”大于卡诺界限。鉴于活跃媒体无处不在，它们也可能在未来的发展中发挥重要作用。然而，迄今为止，循环主动热机的普遍第二定律还缺乏。在这里，在使用一个已知的不等式在随机随机热力学的过剩熵，我们得到一个通用的第二定律主动热机，它不涉及能量耗散的隐藏的自由度，并表示在数量，可以直接从可观察的自由度测量。除了热和功，我们的第二定律还包含一个信息论项，它允许主动热机提取超出被动热机有效极限的功。为了获得第二定律表示的可观测变量的存在下，隐藏的自由度，我们引入了一个粗粒度的过剩熵，并证明了这个量的波动定理。
2022-09-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Two-stroke Quantum Measurement Heat Engine
我们提出并分析了一个二冲程量子热机的理论模型，其中一个热浴被非选择性量子测量取代。我们表明，发动机的不变的参考状态取决于是否通过诊断测量周期监测或不监测，以确定发动机的工作输出。我们详细探讨了监测和未监测的情况下，建议的热机的平均输出功率和波动。我们还确定了单一的工作冲程，不变状态可以支持coherencies在能量基础上导致不同的预测，平均能量变化在单一的工作冲程和平均工作从标准的两个投影测量方法。
2022-01-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Coherence induced work in quantum heat engines with Larmor precession
通过将热量和功分为传统的对角部分和依赖于Hamiltonian的叠加和时间导数的另一部分，可以观察到量子相干性对非平衡热力学的影响。专门针对拉莫尔进动的精确可解动力学，我们建立了一个量子奥托热机采用磁驱动的原子旋转。当控制协议是时变的时，由种群转移引起的一致性保证了正的功输出。量子热机的含时控制实现了微观热机的经典绝热定理和量子绝热定理之间的对应。
2020-04-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at maximum $\dotΩ$ figure of merit of a spin half quantum heat engine in the presence of external magnetic field
本文研究外磁场下以自旋半粒子为工质的有限时间量子热机，发现其在最大$\dotΩ$品质因数下的效率可超过已知界限并接近卡诺效率，表明粒子布居数的集体量子效应能显著提升热机性能。
2023-12-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
