与环境相互作用的小系统涨落的热力学
统计力学
2019-09-23 v1
摘要
在Hill关于纳米热力学的工作之后数十年，一个用于一致地解释小系统因与周围环境相互作用而产生涨落的热力学框架仍在发展之中。本文讨论在小系统中，与环境的相互作用能量如何通过一对共轭的强度和广延变量来描述，从而产生具有额外热力学自由度的Gibbs热力学。相关的热力学势有助于描述平衡条件以及衡量系统对环境相互作用的易感性的物质性质。所得到的描述不可忽略的小系统涨落的广义系综被证明是等价的。在平均热力学态之外，可用性(availability)根据涨落中可提取的最大功描述了系统与环境之间的距离，而对熵的恰当定义将热力学推广至一般的涨落态。从后者出发，熵力出现以恢复平均热力学态。我们的框架统一并扩展了Hill的系综热力学以及强耦合下统计力学的最新进展，并在系统很大时退化为经典宏观热力学。文中详细讨论了小理想气体系统的特例，并依据新形式体系重新审视了浸没于浴中的单粒子例子。
引用
@article{arxiv.1909.09479,
title = {Thermodynamics of fluctuations in small systems interacting with the environment},
author = {Salvatore Calabrese and Lamberto Rondoni and Amilcare Porporato},
journal= {arXiv preprint arXiv:1909.09479},
year = {2019}
}