論文の概要: Extraction of ergotropy: free energy bound and application to open cycle engines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.06455v4
• Date: Fri, 14 Oct 2022 10:36:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-13 06:59:31.950665
• Title: Extraction of ergotropy: free energy bound and application to open cycle engines
• Title（参考訳）: エルゴトロピーの抽出:自由エネルギー結合とオープンサイクルエンジンへの応用
• Authors: Tanmoy Biswas, Marcin {\L}obejko, Pawe{\l} Mazurek, Konrad Ja{\l}owiecki and Micha{\l} Horodecki
• Abstract要約: エルゴトロピー(英: Ergotropy)は、単位演算によって系から抽出できる最大エネルギー量である。 熱浴との相互作用により, システム上でどの程度のエルゴトロピーを誘発できるかを定量化する。 本研究では,環境からエルゴトロピーを抽出するアイデアを,新しいタイプのストロークヒートエンジンの設計に適用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.09545101073027092
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The second law of thermodynamics uses change in free energy of macroscopic systems to set a bound on performed work. Ergotropy plays a similar role in microscopic scenarios, and is defined as the maximum amount of energy that can be extracted from a system by a unitary operation. In this analysis, we quantify how much ergotropy can be induced on a system as a result of system's interaction with a thermal bath, with a perspective of using it as a source of work performed by microscopic machines. We provide the fundamental bound on the amount of ergotropy which can be extracted from environment in this way. The bound is expressed in terms of the non-equilibrium free energy difference and can be saturated in the limit of infinite dimension of the system's Hamiltonian. The ergotropy extraction process leading to this saturation is numerically analyzed for finite dimensional systems. Furthermore, we apply the idea of extraction of ergotropy from environment in a design of a new class of stroke heat engines, which we label open-cycle engines. Efficiency and work production of these machines can be completely optimized for systems of dimensions 2 and 3, and numerical analysis is provided for higher dimensions.
• Abstract（参考訳）: 熱力学の第2法則は、マクロシステムの自由エネルギーの変化を利用して、実行された仕事にバウンドを設定する。 エルゴトロピーは微視的なシナリオでも同様の役割を担っており、ユニタリ操作によってシステムから抽出できるエネルギーの最大量として定義される。 本研究では, システムと熱浴との相互作用により, システム上でのエルゴトロピーの発生量を定量化し, 微小機械による作業の源として利用することを目的とした。 このような環境から抽出できるエルゴトロピーの量に関する基礎的拘束力を提供する。 境界は非平衡自由エネルギー差の項で表現され、システムのハミルトニアンの無限次元の極限で飽和することができる。 この飽和に至るエルゴトロピー抽出過程は有限次元系に対して数値的に解析される。 さらに, オープンサイクルエンジンをラベル付けした新タイプのストローク熱エンジンの設計において, 環境からのエルゴトロピーの抽出という考え方を適用した。 これらの機械の効率性と作業生産は2次元と3次元のシステムに完全に最適化でき、数値解析はより高次元のシステムに提供される。

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