具有快速变换的动力学热机的线性与非线性热力学

我们研究一个动力学热机模型，由封闭在盒子中的粒子构成，其中一侧充当恒温器，相对侧是一个施加给定压力的活塞。压力和温度在周期为 $\tau$ 的循环协议下变化：它们的相对偏移 $\delta$ 和 $\epsilon$ 分别构成了将系统拖离平衡的热力学力。对系统熵产生的分析允许定义共轭流，其正比于提取的功和消耗的热。在小的 $\delta$ 和 $\epsilon$ 极限下，流通过依赖于 $\tau$ 的Onsager矩阵线性依赖于力，其非对角元素满足倒易关系。活塞的动力学可以通过粗粒化过程近似为Klein-Kramers方程，该方程在线性区给出Onsager系数和熵产生的解析表达式。对最大功率下效率的研究表明，Curzon-Ahlborn公式总是一个上限，并在热力学力增加即超出线性区时被逼近。在我们所有的分析中，绝热极限 $\tau \to \infty$ 与小力极限 $\delta,\epsilon \to 0$ 并不直接相关。