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「自律的な熱機関」の熱力学の構築

“自主热机”热力学构建

基本信息

批准号：
14J07602
负责人：
白石直人
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
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 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の主要成果として、効率とパワーの間の普遍的トレードオフ関係の構築が挙げられる。1年目の研究成果である部分エントロピー生成の手法を応用することで、効率とパワーの間のトレードオフ不等式を導いた。この不等式は、熱機関のダイナミクスがマルコフ過程で与えられるという条件さえ満たしていれば、たとえ激しい非平衡状態に途中がなっていたとしても、また磁場などによって時間反転対称性が破れていたとしても、成り立つような極めて一般的な関係式である。この不等式は、効率を上げようとするとその分原理的な最大のパワーが下がらざるを得ないことを示しており、特に効率がカルノー効率に達する際にはパワーがゼロにならなければいけないという禁止定理をコロラリーに含んでいる。本研究結果は、効率とパワーという、熱力学における基本的な量でありながら、長らくその関係が分かってこなかった二つの量に対し、初めて一般的な関係を明らかにするものである。これにより、2年目の結果においては「仮定」とされていた「有限パワーかつカルノー効率の熱機関は存在しない」という事実を証明することに成功したため、「自律的な熱機関のカルノー効率達成条件」は定理の形にすることが出来た。さらに申請者は、2年目の証明における時間反転対称性の仮定をなくすことにも成功し、得られた条件は磁場や運動量などがあっても一般に成り立つ結果であることが分かった。さらに、この達成条件の物理的意味を考察した結果、熱機関が有限の大きさか、それとも（熱力学極限とみなせる）マクロな大きさかによって、極めて異なる帰結がもたらされることが分かった。これらの差異の生じるメカニズム、どのような熱機関がそれぞれの条件を満たすか、等も明らかにすることが出来たため、「自律的な熱機関」の熱力学における基礎的な量である最大効率についての性質は、本研究で明らかにできたと考えている。

The main results of this year are the construction of a common relationship between efficiency and efficiency. The research results of the 1st year's project include partial production methods, efficient use of techniques, and efficient use of inequalities.このinequalityは、heat switch のダイナミクスがマルコフprocess で and えられるというconditionsさえ満たしていれば、たとえexcitedしいnon-equilibrium stateにがなっていたとしても、またMagnetic field などによってTime inverse symmetry がれていたとしても、成り立つような极めてGeneral なrelational expression である. The most important part of the inequality principle and efficiency principle大のパワーが下がらざるを得ないことをshow しており、特にEfficiency and efficiencyければいけないという prohibition theorem をコロラリーに contain んでいる. The results of this study are: efficiency, efficiency, thermodynamics, basic quantity, length and length. The relationship is divided into two parts, and the relationship between the relationship is the same.これにより、2nd year project result においては「仮定」とされていた「Limited パワーかつカルノーefficiency のheat switch は existence しない」とThe proof of the success of the いう事実をすることにしたため, and the "conditions for achieving the efficiency of the self-disciplined heat engine" は form にすることが came out. Applicants who apply for the second-year project must prove that the time is inverse and the symmetry of the project is successful. Obtain the condition of the magnetic field and the amount of motion. The general result is the result.さらに、このREALIZE THE CONDITIONS Extreme とみなせる) マクロな大きさかによって, Extreme めてdifferent なる帰 knot がもたらされることが分かった.これらの生じるメカニズム、どのようなheat switch がそれぞれのconditionsを満たすか、waitingも明らかにすることが出たため、 "Self-disciplined thermal mechanism" is the basis of thermodynamics and the maximum efficiency and properties of the thermodynamics. This study is based on this research.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Attainability of Carnot efficiency with autonomous engines

使用自主发动机实现卡诺效率

DOI：
10.1103/physreve.92.050101
发表时间：
2015
期刊：
Physical Review E
影响因子：
2.4
作者：
Y. Yokoyama;D. Ootsuki;T. Sugimoto;H. Wadati;J. Okabayashi;Xu Yang;Fei Du;Gang Chen;and T. Mizokawa;T. Ishida and T. Tsukahara;N. Shiraishi
通讯作者：
N. Shiraishi

No-go theorem for Carnot efficiency with finite power

有限功率卡诺效率的不可行定理