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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。

Examples of biological molecular transformation processes in reverse and non-equilibrium systems In recent years, a molecule has been directly measured. The thermal control system is characterized by a constant temperature difference between two hot baths, an unbalanced environment, and a minimum operating system. It is important to understand the molecular structure of the menu. This is the first time in the history of Chinese history that Chinese scholars have been involved in this field. Thermodynamics and Thermostatistical Physics: The validity of the method of determining the limit is self-evident. The molecular method of determining the limit is usually based on the molecular measurement of the "small" system. A quantitative discussion of the relationship between function and irreversibility in the field of motion and the possibility of applying a new thermodynamic theory are presented below. 1) Quantitative evaluation of irreversibility in the field of thermodynamics, meaning of the second law of thermodynamics, origin of finite time system of action, etc. 2)2. Non-equilibrium thermal mechanism in thermal bath. Kramers equation. Quantitative analysis of efficiency. Quasi-static process. Efficiency. Maximization. The result is that the nature of the non-equilibrium environment, the transformation process, the thermodynamics of the opposite image, the nature of the different physics, the present research progress.

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）。

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作者：
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通讯作者：
R.Fujii et al.