线性响应中最佳效率和功率的热力学界限及一般性质

我们研究了具有 Onsager 型“流 - 力”关系的热力学系统的最佳㶲效率和功率，该关系描述了对外部影响的线性响应。我们以简单的解析形式推导了由任意$N$阶$N\times N$对称 Onsager 矩阵描述的热力学机器的最大效率和最大功率下的最佳效率。品质因数用“耦合矩阵”的最大特征值表示，该矩阵完全由 Onsager 矩阵决定。我们获得了在 (i) 最大效率条件和 (ii) 最大功率下的最佳效率条件下，功率与效率之间的一些简单但普遍的关系。我们展示了热力学第二定律如何限制最佳效率和 Onsager 矩阵，并将这些界限联系起来。最大功率定理（Jacobi 定律）被推广到线性响应机制下的所有热力学机器。我们还讨论了具有非对称 Onsager 矩阵的系统（如磁场下的系统），在这些系统中，有限输出功率下可达到效率的可逆极限。研究发现，在具有多重交叉相关响应的系统中，协同效应能显著提高品质因数。对示例系统的应用表明，该理论有助于指导能源研究中高性能材料和结构的探索。