論文の概要: Blackbody thermodynamics in the presence of Casimir's effect
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.13596v2
- Date: Tue, 28 Feb 2023 08:42:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-03 03:52:03.260300
- Title: Blackbody thermodynamics in the presence of Casimir's effect
- Title（参考訳）: カシミール効果の存在下での黒体熱力学
- Authors: E. S. Moreira Jr. and Heitor da Silva
- Abstract要約: 本論文は, 壁が完全な導体でできている薄板内における温度T$の電磁放射の研究である。
熱力学的パラメータとして$T$、$A$、$d$を、ブラウンとマクレーによって計算されたストレス-運動量テンソルのアンサンブル平均のスラブ上での積分を含む手順から、自由エネルギーを得る。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
- Abstract: This paper is a study of the electromagnetic radiation at temperature $T$ in
a thin slab whose walls are made of a perfect conductor. The two large parallel
walls of area $A$ are apart by a distance $d\ll \sqrt{A}$. We take $T$, $A$,
and $d$ as thermodynamic parameters, obtaining the free energy from a procedure
that involves the integration over the slab of the ensemble average of the
stress-energy-momentum tensor calculated long ago by Brown and Maclay. Both
thermodynamic regimes $kTd/\hbar c\gg 1$ and $kTd/\hbar c\ll 1$ are fully
addressed. We show that certain thermodynamic quantities which are notoriously
ill defined (or trivial) in ordinary blackbody thermodynamics are now well
defined (or nontrivial) due to presence of boundary conditions at the walls of
the slab ("Casimir's effect"). The relationships among such quantities are
fully explored and it is speculated that they may be experimentally checked.
Stability is addressed, showing that electromagnetic radiation in the slab is
thermally stable; but mechanically unstable. We investigate thermodynamic
processes where temperature, internal energy, entropy and enthalpy are each
taken to be constant, revealing rather atypical behaviors. For example, in
sharp contrast with what one would expect from a gas, when $kTd/\hbar c\ll 1$,
"free expansion" gives place to "free contraction'' in accordance with the
second law of thermodynamics. As a check of consistency of the formulae we
remark that various Carnot cycles have been examined and verified that they
correctly lead to Carnot's efficiency.
- Abstract（参考訳）: 本論文は, 壁が完全な導体でできている薄板内における温度T$の電磁放射の研究である。
面積$A$の2つの大きな平行壁は距離$d\ll \sqrt{A}$で区切られている。
熱力学パラメータとして$t$、$a$、$d$を取り、ブラウンとマクレイによってずっと前に計算された応力-エネルギー-運動量テンソルのアンサンブル平均のスラブ上の積分を含む手続きから自由エネルギーを得る。
どちらの熱力学系も、$kTd/\hbar c\gg 1$と$kTd/\hbar c\ll 1$は完全に対応している。
通常の黒体熱力学において不定義(あるいは自明)であると悪名高い熱力学量は、スラブの壁の境界条件の存在(カシミール効果)により、現在ではよく定義されている(非自明)。
これらの量間の関係は十分に解明されており、実験的に検証される可能性があると推測されている。
スラブ内の電磁放射は熱的に安定であるが、機械的に不安定である。
温度, 内部エネルギー, エントロピー, エンタルピーが一定となる熱力学過程を調べ, 非定型的な挙動を明らかにした。
例えば、気体から期待するものとは対照的に、$ktd/\hbar c\ll 1$のとき、「自由膨張」は熱力学の第2法則に従って「自由収縮」となる。
公式の整合性の確認として,様々なカルノーサイクルが検討され,カルノーの効率を正しく導くことを検証した。
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