受谐波约束的布朗运动粒子的最大功率斯蒂林式热机

热机将热能转化为有用功，以循环方式工作。数百年来，它们一直在工业和技术发展中发挥关键作用。历史上，只有气体和液体被用作工作介质，但过去几十年来的技术进步使得实验可能性得以拓展，从而可以设计使用单个粒子运行的热机。在这种情况下，感兴趣的系统无法在宏观层面上加以描述，其研究被归入随机热力学领域。在本工作中，我们研究由布朗运动粒子受谐波约束并浸入作为热浴的流体构成的亚宏观热机。我们通过控制谐波陷阱的刚度和浴温来设计一个斯蒂林式热机，由两个等温分支和两个等容分支组成。具体而言，我们关注的是不可逆、非准静态的情况——其有限持续时间使引擎能够提供非零输出功。这一方面至关重要，因为它使得通过最大化所提供功来优化热力学循环成为可能，从而解决了实际层面的关键目标。通过使用变分微积分和最优控制理论工具，我们获得了最优驱动协议。我们还数值探讨了最大输出功及相应效率对系统参数的依赖性。