非平衡熱機関のエネルギー変換過程における不可逆性に関する研究

非平衡热机能量转换过程不可逆性研究

基本信息

批准号：
12740226
负责人：
本堂毅
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

生体分子モーター系は、非平衡系におけるエネルギー変換過程の実現例である。近年は一分子直接計測が可能となった。また熱ラチェット系は、温度差を持った二つの熱浴の中で働き、非平衡環境から仕事を取り出す最小モデル系であり、分子モーターのメカニズム解明のためにも重要である。これらはすべて、ブラウン運動スケールでのエネルギー変換過程である。しかるに、これまで定式化されてきた熱力学・熱統計物理学は、マクロ極限においてはその取り扱いの正当性が自明となるが、分子スケールの"小さい"系、そしてその系での一分子計測が、通常のマクロ極限でのアンサンブル平均とどのように対応するのか、あるいはしないのか、その定量的議論は現段階では不十分である。そこで私は、このブラウン運動領域でミクロエンジンを構成することによって、機能と不可逆性の関係を定量的に議論し、ブラウン運動領域へ適用可能な、新しい熱力学理論の構築の一歩として以下の結果を得た。1)ブラウン領域で動作するカルノーサイクルを構成し、そのエネルギー変換効率を議論し、熱力学第2法則の意味、有限時間で系が動作することに由来する不可逆性の定量的評価を行った。2)二つの異なる熱浴に接することで動作する非平衡熱機関に対して、Kramers方程式を用いた効率の定量的解析を行い、準静的過程においてその効率は最大化されないばかりか消失する(ゼロになる)ことを明らかにした。これら成果は、本質的に非平衡な環境で働く系のエネルギー変換過程に、これまでの熱力学が対象としてきた系とは本質的に異なる物理があることを示しており、現在さらなる研究を進めている。

生物分子运动系统是非平衡系统中能量转换过程的一个例子。近年来，一个分子的直接测量变得可能成为可能。热棘轮系统也是一个最小的模型系统，在两个热浴中起作用，温度差异和提取物从非平衡环境起作用，并且对于阐明分子电机机制也很重要。所有这些都是布朗运动量表上的能量转换过程。然而，尽管到目前为止已经制定了热力学和热统计物理学的有效性，但在宏限制，在分子尺度上处理其“小”系统的处理以及此阶段的定量讨论不足以相对于这种系统中的单分子测量，或者不足以对应于Macro的平均限制，在此阶段的定量讨论是显而易见的。因此，通过在这个布朗运动区域配置微引擎，我定量讨论了功能与不可逆性之间的关系，并获得了以下结果，作为构建可以应用于布朗尼运动区域的新热力学理论的一步。 1）我们构建了一个在布朗地区运行的Carnot循环，讨论了其能量转换效率，并对第二种热力学定律的含义进行定量评估，这是来自在有限时间运行的系统的不可逆性。 2）使用KRAMERS方程进行效率的定量分析，用于与两个不同的热浴接触的非平衡热发动机，并揭示了准静态过程的效率不仅最大化，而且也消失了（零）。这些结果表明，在本质上非平衡环境中运行的系统的能量转换过程的物理学与迄今为止热力学目标的物理学基本不同，目前正在进行进一步的研究。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Tsuyoshi Hondou: "Unattainability of Carnot efficiency in the Brownian heat engine"Physical Review. E62・5. 6021-6025 (2000)

Tsuyoshi Hondou：“布朗热机中卡诺效率的无法达到”物理评论E62·5（2000）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Ken Sekimoto: "Carnot's cycle for small systems : Irreversibility and cost of operations"Physical Review. E62・6. 7759-7768 (2000)

Ken Sekimoto：“小型系统的卡诺循环：不可逆性和操作成本”物理评论 E62·6（2000）。

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

DOI：
{{ item.doi }}
发表时间：
{{ item.publish_year }}
期刊：
{{ item.journal_name }}
影响因子：
{{ item.factor }}
作者：
{{ item.authors }}
通讯作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ journalArticles.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ monograph.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ sciAawards.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ conferencePapers.updateTime }}

作者：
{{ item.author }}

数据更新时间：{{ patent.updateTime }}

本堂毅其他文献

環境科学と基礎科学□:物理学に出来ること, 出来ないこと

环境科学与基础科学□：物理学能做什么、不能做什么

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
影响因子：
0
作者：
K.Yanagi;H.Hashimoto;D.Polli et al.;本堂毅;R.Nakamura et al.;本堂毅;I.Akai et al.;本堂毅;H.Hashimoto et al.;本堂毅
通讯作者：
本堂毅

フェリチンからの鉄イオン遊離に与える交流磁場の影響

交变磁场对铁蛋白释放铁离子的影响

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
中山希祐;中村文;本堂毅;宮田英威;西垣千尋，中山希祐，中村文，水越厚史，北條祥子，宮田英威;山田悠太，本堂毅，宮田英威
通讯作者：
山田悠太，本堂毅，宮田英威

Sub-μ-second time-resolved absorption spectroscopy of a polar carotenoid analogue, 2-(all-trans-retinylidene)-indan-1,3-dione; formation of the dication by direct triplet-excited sensitization

极性类胡萝卜素类似物 2-(全反式亚视黄基)-茚满-1,3-二酮的亚μ秒时间分辨吸收光谱；通过直接三线态激发敏化形成双阳离子

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
J.Phys.Chem.A 109
影响因子：
0
作者：
K.Yanagi;H.Hashimoto;D.Polli et al.;本堂毅;R.Nakamura et al.;本堂毅;I.Akai et al.;本堂毅;H.Hashimoto et al.;本堂毅;K.Kuroyanagi et al.;K.Kuroyanagi et al.;高橋宏典ら;T.Buckup et al.;W.Wohlleben et al.;K.Yanagi et al.;K.Yanagi et al.;K.Kanemoto et al.;D.Kosumi et al.;I.Akai et al.;M.Yoshizawa et al.;T.Buckup et al.;G.Cerullo et al.;P.Wang et al.;T.Nishio et al.;M.Sugisaki et al.;K.Yanagi et al.;R.Fujii et al.;D.Kosumi et al.;R.Fujii et al.
通讯作者：
R.Fujii et al.