論文の概要: The laws of thermodynamics for quantum dissipative systems: A
quasi-equilibrium Helmholtz energy approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.11665v3
- Date: Tue, 5 Jul 2022 08:03:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-12 00:33:19.343770
- Title: The laws of thermodynamics for quantum dissipative systems: A
quasi-equilibrium Helmholtz energy approach
- Title（参考訳）: 量子散逸系の熱力学の法則:準平衡ヘルムホルツエネルギーアプローチ
- Authors: Shoki Koyanagi and Yoshitaka Tanimura
- Abstract要約: 等温過程と断熱状態と等温状態の遷移過程の両方の熱的特性について検討した。
この機械の熱力学的効率は, 等温過程の場が冷凍機として機能するためゼロであることが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Using the quasi-equilibrium Helmholtz energy (qHE), defined as the
thermodynamic work in a quasi-static process, we investigate the thermal
properties of both an isothermal process and a transition process between the
adiabatic and isothermal states (adiabatic transition). Here, the work is
defined by the change in energy from a steady-state to another state under a
time-dependent perturbation. In particular, the work for a quasi-static change
is regarded as thermodynamic work. We employ a system--bath model that involves
time-dependent perturbations in both the system and the system--bath
interaction. We conduct numerical experiments for a three-stroke heat machine
(a Kelvin-Planck cycle). For this purpose, we employ the hierarchical equations
of motion (HEOM) approach. These experiments involve an adiabatic transition
field that describes the operation of an adiabatic wall between the system and
the bath. Thermodynamic--work diagrams for external fields and their conjugate
variables, similar to the $P$--$V$ diagram, are introduced to analyze the work
done for the system in the cycle. We find that the thermodynamic efficiency of
this machine is zero because the field for the isothermal processes acts as a
refrigerator, whereas that for the adiabatic wall acts as a heat engine. This
is a numerical manifestation of the Kelvin--Planck statement, which states that
it is impossible to derive mechanical effects from a single heat source. These
HEOM simulations serve as a rigorous test of thermodynamic formulations because
the second law of thermodynamics is only valid when the work involved in the
operation of the adiabatic wall is treated accurately.
- Abstract（参考訳）: 準平衡ヘルムホルツエネルギー (qHE) を準定常過程における熱力学的作用として定義し, 等温過程と断熱状態と等温状態の遷移過程(断熱遷移)の両方の熱的性質について検討した。
ここでは、時間依存摂動の下での定常状態から他の状態へのエネルギー変化によって定義される。
特に、準静的な変化に対する仕事は熱力学的な仕事と見なされる。
我々は,システムとシステム・バスの相互作用の両方において時間依存の摂動を伴うシステム・バス・モデルを採用する。
3ストロークヒートマシン(ケルビン・プランクサイクル)の数値実験を行った。
この目的のために、我々は階層型運動方程式(HEOM)アプローチを用いる。
これらの実験は、システムと浴槽の間の断熱壁の操作を記述する断熱遷移場を含む。
外部場とその共役変数に対する熱力学-ワークダイアグラムは、そのサイクルでシステムのために行われる作業を解析するために、$p$--$v$ダイアグラムと同様に導入された。
この機械の熱力学的効率は, 等温過程の磁場が冷凍機として作用するのに対して, 断熱壁は熱機関として作用するためゼロであることがわかった。
これはケルビン-プランクのステートメントの数値的な表現であり、単一の熱源から機械的効果を導き出すことは不可能である。
これらのHEOMシミュレーションは、断熱壁の操作に関わる作業が正確に扱われる場合にのみ、熱力学の第二法則が有効であるため、熱力学定式化の厳密な試験として機能する。
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