揺らぐ境界の操作論による非平衡統計熱力学の定式化

基于涨落边界运算理论的非平衡统计热力学公式

• 批准号: 14J02906
• 负责人: 佐野 友彦
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J02906/
• 关键词: 非平衡統計力学; 最大パワー効率; 熱力学; 粉体気体; 熱伝導; 非熱的揺らぎ; 揺らぐ境界; 固体摩擦

まず粉体気体の速度分布の間接測定法を分子動力学計算により検討した。粉体の速度分布は熱的な系と異なり分布の非ガウス性が重要になる。粉体気体中に回転子をいれてその速度を観察する事を考える。回転軸と強く摩擦する回転子の速度分布関数と粉体気体の速度分布関数が1対1対応する事を1年目に報告したが、今年度は測定公式の実験可能な状況での検証を行った。鉛直加振した直方体容器に稀薄な粉体気体を用意しその中に回転子を入れた系の分子動力学計算(MD)を行い、回転子の角速度分布関数に測定公式を適用したところ、回転子の周囲の粉体気体の速度分布関数を再現する事がわかった。この事から粉体ローターは粉体気体の速度分布を間接的に推定する道具として有用である事がわかった。次にマクロな揺らぐ熱機関の効率を計算する事を念頭におき採用１年目に導入した確率平均場模型(SMF)に有限濃度効果を取り込み、SMFを有限濃度の剛体球気体に適用できるように拡張した。SMFは気体が稀薄で空間一様かつ理想気体の状態方程式を仮定している。気体の密度が比較的高い場合、SMFの結果はMDの結果を再現しない。これは熱浴の温度を急激に変化させた際に剛体球気体粒子同士が衝突する熱伝導の効果を取り込んでいないことに起因する。そこで気体の速度分布関数に熱伝導の効果を取り入れたものを用いてSMFを拡張した。拡張したSMFはMDで測定した温度変化と最大パワー効率を定量的に再現した。更に熱伝導の効果はサイクルの温度差が小さい場合でも残り、効率はChambadal-Novikov-Curzon-Ahlborn(CNCA)効率より下がる事がわかった。CNCA効率の達成条件はオンサーガー行列のタイトカップリング条件であるが、私が研究を行った熱サイクルでは、熱伝導によりタイトカップリング条件を達成できない事をオンサーガー行列を陽に導出する事で発見した。

Indirect determination of <s:1> velocity distribution <e:1> of powder gas を molecular dynamics calculation によ <s:1> 検 discussion of <s:1> た. The <s:1> velocity distribution of powder the な series of heat と is different from the な distribution <s:1> non-ガ ウス が is important になる. The を観 velocity of に particles returning to 転 in powder gas を れてそ れてそ <s:1> is observed する. Youdaoplaceholder6 examines える. Back strong planning axis と く friction す る back velocity distribution planning sub の masato number と powder 気 body の velocity distribution masato が 1 1 応 seaborne seaborne す を る things under 1 year に report し た が, determination of our は formula の be 験 condition may な で の 検 line card を っ た. Straight and し た straight side body thin container に な powder 気 body を intention し そ の に planning を son back into the れ た is の molecular dynamics (MD) line を い, back to the planning を determination of number of masato に の angular velocity distribution formula for し た と こ ろ week, back to the planning の 囲 の の velocity distribution masato Numbers in the powder 気 を reappearance す る matter が わ か っ た. こ の matter か ら powder ロ ー タ ー は powder 気 body の velocity distribution を indirect presumption に す る props と し て useful で あ る matter が わ か っ た. Time に マ ク ロ な 揺 ら ぐ engine masato の を sharper rate calculation す る thought things を に お き using 1 year に import し た (SMF) of probabilistic mean-field model に services limited concentration fruit を take り 込 み, SMF を limited concentration の rigid ball 気 body に applicable で き る よ う に company, zhang し た. SMF <s:1> gas body が rarefied で space, <s:1> <s:1> ideal gas body <s:1> state equation を仮 definite <s:1> て る る る. In the case of high <s:1> density が comparison of gas, the SMF <s:1> result を MD <s:1> result を reproduces <s:1> な. こ れ は hot bath temperature を の nasty shock に variations change さ せ た interstate conflict with James が に rigid ball 気 body particles す る hot 伝 guide の unseen fruit を take り 込 ん で い な い こ と に cause す る. そ こ で 気 body の velocity distribution number of masato に hot 伝 guide の unseen fruit を take り れ た も の を with い て SMF を company, zhang し た. Company, zhang し た SMF は MD で determination し た temperature variations change と biggest パ ワ ー sharper rate を quantitative に reappearance し た. More に hot 伝 guide の unseen fruit は サ イ ク ル の が small temperature difference さ い occasions で も り residue, sharper rate は Chambadal - Mr Novikov - Curzon - Ahlborn よ (CNCA) working rate under り が る matter が わ か っ た. CNCA の sharper rate agreed conditions は オ ン サ ー ガ ー ranks の タ イ ト カ ッ プ リ ン グ conditions で あ る が, private が を line っ た hot サ イ ク ル で は, hot 伝 に よ り タ イ ト カ ッ プ リ ン を グ conditions reached で き な い matter を オ ン サ ー ガ ー ranks を Yang に export す る matter で 発 see し た.

项目成果

粉体ローター: 粉体の非熱的揺らぎをローターの挙動から逆推定できるか?

粉末转子：能否从转子行为反推粉末的非热波动？

• 发表时间: 2014
• 作者: 佐野友彦;金澤輝代士;沙川貴大;早川尚男
• 通讯作者: 早川尚男

摩擦下粉体ローター再論: 非平衡プローブ としての役割

摩擦下粉末转子的重新检查：作为非平衡探针的作用

• 发表时间: 2015
• 作者: K. Kanazawa;T.G. Sano;T. Sagawa and H. Hayakawa;Tomohiko Sano;佐野友彦;佐野友彦;Tomohiko Sano;Tomohiko Sano
• 通讯作者: Tomohiko Sano

Minimal Model of Stochastic Athermal Systems: Origin of Non-Gaussian Noise

• DOI: 10.1103/physrevlett.114.090601
• 发表时间: 2015-03-03
• 期刊: PHYSICAL REVIEW LETTERS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Kanazawa, Kiyoshi;Sano, Tomohiko G.;Hayakawa, Hisao
• 通讯作者: Hayakawa, Hisao

Frictional Granular Rotor as a Probe for Non-equilibrium Baths

摩擦颗粒转子作为非平衡浴探针

• 发表时间: 2015
• 作者: K. Kanazawa;T.G. Sano;T. Sagawa and H. Hayakawa;Tomohiko Sano;佐野友彦;佐野友彦;Tomohiko Sano
• 通讯作者: Tomohiko Sano

CNR-ISC, Sapienza university(Italy)

CNR-ISC，萨皮恩扎大学（意大利）