論文の概要: Catalytic enhancement in the performance of the microscopic two-stroke heat engine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.10384v1
• Date: Fri, 16 Feb 2024 00:27:34 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-02-19 17:54:16.921558
• Title: Catalytic enhancement in the performance of the microscopic two-stroke heat engine
• Title（参考訳）: 微視的2ストローク熱エンジンの性能向上
• Authors: Tanmoy Biswas, Marcin {\L}obejko, Pawe{\l} Mazurek, Micha{\l} Horodecki
• Abstract要約: 2ストロークエンジンという,顕微鏡で作動する熱機関のモデルを考える。 作業を生成し、2つの離散ストロークで熱を交換し、時間的に分離する。 触媒と呼ばれる補助的な非平衡系をエンジンに組み込むことができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.072340427031969
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We consider a model of a heat engine operating in the microscopic regime: the two-stroke engine. It produces work and exchanges heat in two discrete strokes that are separated in time. The engine consists of two $d$-level systems initialized in thermal states at two distinct temperatures. Additionally, an auxiliary non-equilibrium system called catalyst may be incorporated into the engine, provided the state of the catalyst remains unchanged after the completion of a thermodynamic cycle. This ensures that the work produced arises solely from the temperature difference, Upon establishing the rigorous thermodynamic framework, we characterize two-fold improvement stemming from the inclusion of a catalyst. Firstly, we show that the presence of a catalyst allows for surpassing the optimal efficiency of two-stroke heat engines which are not assisted by a catalyst. In particular, we prove that the optimal efficiency for two-stroke heat engine consisting of two-level systems is given by the Otto efficiency, and that it can be surpassed via incorporating a catalyst. Secondly, we show that incorporating a catalyst allows the engine to operate in frequency and temperature regimes that are not accessible for non-catalytic two-stroke engines.
• Abstract（参考訳）: 二ストロークエンジンという微視的な構造で動作する熱エンジンのモデルについて考察する。 作業を生成し、2つの離散ストロークで熱を交換し、時間的に分離する。 エンジンは、2つの異なる温度で熱状態に初期化される2ドルレベルのシステムで構成されている。 さらに、触媒と呼ばれる補助的な非平衡系をエンジンに組み込むこともできるが、熱力学サイクルが完了した後も触媒の状態は変わらない。 これにより、熱力学の厳密な枠組みを確立する際に、生成する仕事が温度差からのみ生じることを保証し、触媒の包含から生じる2次元の改善を特徴付ける。 まず,触媒の存在は触媒を介さない2ストローク熱機関の最適効率を超過することができることを示す。 特に,二段式システムからなる二段式ヒートエンジンの最適効率はオットー効率によって与えられること,触媒を組み込むことで超過可能であることを証明した。 第2に,触媒を組み込むことで,非触媒式2ストロークエンジンでは利用できない周波数と温度のレジームでエンジンが作動することを示す。

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