論文の概要: Temperature fluctuations in mesoscopic systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.15489v1
• Date: Wed, 27 Sep 2023 08:38:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-28 14:46:23.678849
• Title: Temperature fluctuations in mesoscopic systems
• Title（参考訳）: メソスコピック系における温度変動
• Authors: Zhaoyu Fei and Yu-Han Ma
• Abstract要約: 非平衡過程におけるメソスコピック$N$ボディ系の温度変動について検討した。 また,有限サイズの準静的カルノーエンジンにおける温度変動の影響について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.060433560286877776
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We study temperature fluctuations in mesoscopic $N$-body systems undergoing non-equilibrium processes from the perspective of stochastic thermodynamics. By introducing a stochastic differential equation, we describe the evolution of the system's temperature during an isothermal process, with the noise term accounting for finite-size effects arising from random energy transfer between the system and the reservoir. Our analysis reveals that these fluctuations make the extensive quantities (in the thermodynamic limit) deviate from being extensive for consistency with the theory of equilibrium fluctuation. Moreover, we derive finite-size corrections to the Jarzynski equality, providing insights into how heat capacity influences such corrections. Also, our results indicate a possible violation of the principle of maximum work by an amount proportional to $N^{-1}$. Additionally, we examine the impact of temperature fluctuations in a finite-size quasi-static Carnot engine. We show that irreversible entropy production resulting from the temperature fluctuations of the working substance diminishes the average efficiency of the cycle as $\eta_{\rm{C}}-\left\langle \eta\right\rangle \sim N^{-1}$, highlighting the unattainability of the Carnot efficiency $\eta_{\rm{C}}$ for mesoscopic-scale heat engines even under the quasi-static limit
• Abstract（参考訳）: 確率的熱力学の観点から, メソスコピックn$-ボディー系の非平衡過程における温度ゆらぎについて検討した。 確率微分方程式を導入することで,等温過程における系の温度変化を記述し,系と貯水池のランダムなエネルギー移動から生じる有限サイズの効果を雑音項として記述する。 解析の結果, このゆらぎは, 平衡揺らぎの理論との整合性のため, 広範な量(熱力学的限界)を逸脱させることが明らかとなった。 さらに,ジャジンスキー等式に対する有限次元補正を導出し,熱容量が補正にどのように影響するかを考察する。 また,この結果から,最大作業の原理を$N^{-1}$に比例して違反する可能性が示唆された。 さらに,有限サイズのカルノーエンジンにおける温度変動の影響について検討した。 実効物質の温度変動に起因する可逆的エントロピー生成は,準静的限界下でもメソスコスケールの熱機関に対するカルノ効率の持続性に注目して, サイクルの平均効率を$\eta_{\rm{c}}-\left\langle \eta\rangle \sim n^{-1}$として低下させることを示した。

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