PRL速递:最大功率下实现卡诺效率的最简热机模型
导语
近日,物理学顶级期刊 Physical Review Letters (PRL) 上发表的一项最新研究从理论上证明了一个令人振奋的可能性:热机可以在最大功率下逼近卡诺效率。这一发现颠覆了人们对热机功率-效率权衡的传统认知,为设计下一代高效能源系统开辟了新的理论方向。该研究由瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的梁师翎、北京师范大学的马宇翰、德国马普所复杂系统物理研究所的 Daniel M. Busiello 以及瑞士洛桑联邦理工学院的 Paolo De Los Rios 合作完成。通过引入能级简并度,研究团队优雅地解决了这一长期存在的理论难题。
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梁师翎 | 作者
论文题目:
Minimal Model for Carnot Efficiency at Maximum Power
论文地址:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.027101
功率-效率权衡的困境
功率-效率权衡的困境
从简并度到集体效应
从简并度到集体效应

图1. (a) 生化热机最小模型,包含两个能级U和V,分别与冷热两个温度为Tc和Th的热库耦合。系统可以通过ATP合成和自发跃迁两种方式在能级间转换,两个能级的简并度之比由 s = ln(nv/nu) 表示。(b) 热机在最大功率下的效率(ηMP)与卡诺效率(ηC)的关系。红色实线和虚线分别表示简并度s趋于正负无穷时的效率。热机效率可以突破低耗散热机的效率上限(绿色虚线),在s趋于无穷时达到卡诺效率。(c) 不同极限下最大功率效率的变化行为。颜色图展示了归一化的最大功率效率如何随简并度和卡诺效率变化。在不同极限顺序下,系统表现出从普适的1/2卡诺效率到卡诺效率的连续转变。
理论框架与分析方法
理论框架与分析方法
普适性的打破
普适性的打破
展望
展望
[4] Van den Broeck, C. (2005). Thermodynamic efficiency at maximum power. Physical review letters, 95(19), 190602.
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