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

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.10384v2
• Date: Fri, 18 Oct 2024 08:37:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-10-21 14:22:30.426864
• Title: Catalytic enhancement in the performance of the microscopic two-stroke heat engine
• Title（参考訳）: 微視的二ストローク熱機関の性能向上
• Authors: Tanmoy Biswas, Marcin Łobejko, Paweł Mazurek, Michał 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。 触媒と呼ばれる補助的非平衡系は、エンジンの作業体に組み込むことができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: We consider a model of 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 working body of 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 with the working body of the engine, provided the state of the catalyst remains unchanged after the completion of a thermodynamic cycle. This ensures that the work produced by the engine 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 prove that in the non-catalytic scenario, the optimal efficiency of the two-stroke heat engine with a working body composed of two-level systems is given by the Otto efficiency, which can be surpassed by incorporating a catalyst with the working body. 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. We conclude with general conjecture about advantage brought by catalyst: including the catalyst with the working body always allows to improve efficiency over the non-catalytic scenario for any microscopic two-stroke heat engines. We prove the conjecture for two-stroke engines when the working body is composed of two $d$-level systems initialized in thermal states at two distinct temperatures, as long as the final joint state leading to optimal efficiency in the non-catalytic scenario is not product, or at least one of the $d$-level system is not thermal.
• Abstract（参考訳）: 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。 エンジンの作業体は、2つの異なる温度で熱状態で初期化される2ドル級のシステムで構成されている。 また、熱力学サイクルの完了後も触媒の状態が変化しない場合は、触媒と呼ばれる補助非平衡系をエンジンの作業体に組み込むことができる。 これにより、エンジンが生成する作業が温度差からのみ発生することが保証される。 厳密な熱力学の枠組みを確立する際に,触媒を介在させることによって生じる2つの改良を特徴付ける。 第一に, 触媒を作用体に組み込むことにより, オットー効率を超越できる2段式熱機関の2段式熱機関の2段式熱機関の最適効率が与えられることを証明した。 次に, 触媒を組み込むことで, 非触媒二ストロークエンジンでは利用できない周波数および温度条件でエンジンを動作させることができることを示す。 触媒がもたらす利点に関する一般予想として, 作業体との触媒を含むことにより, 微視的二ストローク熱機関の非触媒シナリオよりも効率が向上する。 2ストロークエンジンの予測は、非触媒シナリオにおける最適効率につながる最終接合状態が生成物ではない場合や、少なくとも$d$レベルのシステムのうちの1つが熱的でない場合と同様に、2つの異なる温度で熱状態で初期化される2つのd$レベルシステムからなる場合である。

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