周期温度变化驱动的微纳系统热力学

我们引入了一个通用框架，用于分析由周期温度变化和某个调制其能量的外部参数共同驱动的小系统的热力学。该设置尤其涵盖了周期微型和纳米热机。第一步，我们展示了如何在不作线性响应假设的情况下，通过恰当辨识的与时间无关的亲和力和流来表达总熵产生。在线性响应下，可以辨识出类似于昂萨格系数的动力学系数。具体到福克-普朗克型动力学，我们表明这些系数可表示为一项绝热贡献与一项令人联想到格林-库博表达式（包含对绝热性的偏离）之和。此外，我们表明广义动力学系数满足源于微观可逆性的昂萨格-卡西米尔型对称性。若驱动协议在时间反演下不对称，此对称性允许非恒等的非对角系数。我们随后推导了对动力学系数的一个新约束，它比热力学第二定律更尖锐，并给出了依赖于效率的功率上限。作为一个结果，我们可以证明当接近卡诺效率时功率至少线性地趋于零。我们通过详细求解一个范式案例来阐释我们的通用框架：该案例是由处于随时间变化的谐波势阱中并受周期温度分布作用的胶体粒子实现的布朗热机。该案例研究尤其揭示出我们对功率的新的通用上限是渐近紧的。