能量转换的极限

热力学第二定律的一个推论是：具有单一恒温热源的热力学系统无法以循环方式将热转化为机械功。首先我们注意到，这等价于热力学系统机械端口处的循环无源性，而系统热端口处的温度保持恒定。这引出了一个一般的系统理论问题：具有两个功率端口的系统何时具有类似行为——系统在一个端口处是循环无源的，而另一端口处的输出变量（如热力学情形中的温度）保持恒定？此性质称为“单端口循环无源性”，只要其成立，便意味着从一端（输出保持恒定的端口）到另一端能量传递的根本性限制。针对以一般端口哈密顿形式表述的系统，推导了单端口循环无源性的充分条件。通过来自不同（多）物理领域的诸多例子予以说明：从耦合电感到电容麦克风，再到同步电机。