論文の概要: Charging assisted by thermalization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.07696v3
• Date: Tue, 15 Sep 2020 20:13:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-06 09:13:12.849812
• Title: Charging assisted by thermalization
• Title（参考訳）: 熱処理による帯電
• Authors: Karen V. Hovhannisyan, Felipe Barra, Alberto Imparato
• Abstract要約: 浴槽と熱平衡の系は通常、系と浴のカップリングが強い場合、熱平衡状態にある。 本研究は,電池充電・蓄電池ユニットを設計し,電池として機能するシステムと浴槽からなる。 電池に格納された抽出可能な作業と接続と切断に費やされた全作業の比率として定義される効率は常に$leq 1$である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: A system in thermal equilibrium with a bath will generally be in an athermal state, if the system-bath coupling is strong. In some cases, it will be possible to extract work from that athermal state, after disconnecting the system from the bath. We use this observation to devise a battery charging and storing unit, simply consisting of a system, acting as the battery, and a bath. The charging cycle---connect, let thermalize, disconnect, extract work---requires very little external control and the charged state of the battery, being a part of global thermal equilibrium, can be maintained indefinitely and for free. The efficiency, defined as the ratio of the extractable work stored in the battery and the total work spent on connecting and disconnecting, is always $\leq 1$, which is a manifestation of the second law of thermodynamics. Moreover, coupling, being a resource for the device, is also a source of dissipation: the entropy production per charging cycle is always significant, strongly limiting the efficiency in all coupling strength regimes. We show that our general results also hold for generic microcanonical baths. We illustrate our theory on the Caldeira-Leggett model with a harmonic oscillator (the battery) coupled to a harmonic bath, for which we derive general asymptotic formulas in both weak and ultrastrong coupling regimes, for arbitrary Ohmic spectral densities. We show that the efficiency can be increased by connecting several copies of the battery to the bath. Finally, as a side result, we derive a general formula for Gaussian ergotropy, that is, the maximal work extractable by Gaussian unitary operations from Gaussian states of multipartite continuous-variable systems.
• Abstract（参考訳）: 浴槽と熱平衡の系は通常、系と浴のカップリングが強い場合、熱平衡状態にある。 場合によっては、システムを風呂から切り離した後、その熱水状態から作業を抽出することができる。 この観測で、バッテリーの充電と貯蔵ユニットを考案し、単にシステムで構成され、バッテリーとして機能し、浴槽として機能する。 充電サイクル-接続、熱化、切断、作業の抽出-外部制御をほとんど必要とせず、バッテリーの充電状態は、大域的な熱平衡の一部であり、無期限かつ無償で維持することができる。 電池に格納された抽出可能な作業と接続と切断に費やされた全作業の比率として定義される効率は常に$\leq 1$であり、これは熱力学の第2法則の表れである。 充電サイクル毎のエントロピー生成は常に重要であり、すべての結合強度の領域において効率が強く制限される。 また, 一般的なマイクロカノニカル浴においても, 一般的な結果が得られた。 本研究では,高調波振動子(バッテリ)と高調波浴を結合したカルデイラ・レゲットモデルについて,弱結合系と超強結合系の両方における一般漸近公式を任意のオーミックスペクトル密度に対して導出する理論について述べる。 その結果,バッテリの複数コピーを浴槽につなぐことで効率を向上できることがわかった。 最後に、副次的な結果として、ガウスエルゴトロピーの一般公式、すなわち多部連続変数系のガウス状態からガウスユニタリ演算によって抽出できる極大演算を導出する。

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