Extraktion der Ergotropie: Freie Energie gebunden und Anwendung auf Open-Cycle-Motoren

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Tanmoy Biswas¹, Marcin Łobejko¹, Pawel Mazurek¹, Konrad Jałowiecki²und Michał Horodecki¹

¹Internationales Zentrum für Theorie der Quantentechnologien, Universität Danzig, Wita Stwosza 63, 80-308 Danzig, Polen
²Institut für Theoretische und Angewandte Informatik, Polnische Akademie der Wissenschaften, Bałtycka 5, 44-100 Gliwice, Polen

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Abstrakt

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik verwendet die Änderung der freien Energie makroskopischer Systeme, um eine Grenze für die geleistete Arbeit festzulegen. Ergotropie spielt in mikroskopischen Szenarien eine ähnliche Rolle und ist definiert als die maximale Energiemenge, die einem System durch eine einheitliche Operation entzogen werden kann. In dieser Analyse quantifizieren wir, wie viel Ergotropie auf einem System als Ergebnis der Interaktion des Systems mit einem Thermalbad induziert werden kann, mit der Perspektive, es als Quelle der Arbeit zu verwenden, die von mikroskopisch kleinen Maschinen ausgeführt wird. Wir liefern die Grundgrenze für die Menge an Ergotropie, die auf diese Weise aus der Umgebung extrahiert werden kann. Die Schranke wird in Form der Nichtgleichgewichtsdifferenz der freien Energie ausgedrückt und kann in der Grenze der unendlichen Dimension des Hamilton-Operators des Systems gesättigt werden. Der zu dieser Sättigung führende Ergotropieextraktionsprozess wird für endlichdimensionale Systeme numerisch analysiert. Darüber hinaus wenden wir die Idee der Extraktion von Ergotropie aus der Umgebung bei der Konstruktion einer neuen Klasse von Hub-Wärmekraftmaschinen an, die wir als Motoren mit offenem Kreislauf bezeichnen. Die Effizienz und Arbeitsleistung dieser Maschinen kann für Systeme der Dimensionen 2 und 3 vollständig optimiert werden, und für höhere Dimensionen wird eine numerische Analyse bereitgestellt.

► BibTeX-Daten

@article{Biswas2022Extraktionvon, doi = {10.22331/q-2022-10-17-841}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2022-10-17-841}, title = {Extraktion der Ergotropie: gebundene freie Energie und Anwendung auf Open-Cycle-Motoren}, Autor = {Biswas, Tanmoy und {L{}}obejko, Marcin und Mazurek, Pawe{l{}} und Ja{l{}}owiecki, Konrad und Horodecki, Micha{l{}}}, Zeitschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, Publisher = {{Verein zur Förderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, Volumen = {6}, Seiten = {841}, Monat = Okt, Jahr = {2022} }

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