量子Stirling熱機(jī)和制冷機(jī)的理論研究.pdf

1、近幾年，隨著納米技術(shù)和量子信息處理的發(fā)展，越來越多的物理學(xué)家開始對(duì)量子熱力學(xué)的研究產(chǎn)生興趣。量子熱力學(xué)的研究不僅為納米技術(shù)和量子信息處理的潛在應(yīng)用提供了保證，而且為人們研究熱力學(xué)的基本問題開闊了新的視野。在所有關(guān)于量子熱力學(xué)的研究中，量子熱機(jī)成為熱門研究問題之一。人們選取不同的工作物質(zhì)并且構(gòu)造不同的量子熱機(jī)模型，進(jìn)而利用不同的方法、考慮不同的情況來研究這些熱機(jī)的性能。
　　本文中，我們以量子熱力學(xué)的基本知識(shí)為基礎(chǔ)，選取不同的工作物

2、質(zhì)來構(gòu)造量子熱機(jī)和制冷機(jī)，進(jìn)而研究它們的效率，功率輸出，制冷系數(shù)等性能。
　　在本文的前兩章中，我們簡(jiǎn)單介紹了量子熱力學(xué)的發(fā)展背景，發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)介紹了量子熱力學(xué)的主要應(yīng)用以及量子熱力學(xué)的一些基本概念。
　　在本文第三章中，我們選取單自旋和耦合自旋為工作物質(zhì)，構(gòu)建了量子Stirling熱機(jī)和制冷機(jī)，并且研究了熱機(jī)的效率、功率輸出和制冷機(jī)的制冷系數(shù)等性能，發(fā)現(xiàn)了一些有趣的結(jié)果:(1)若以單自旋為工作物質(zhì)，對(duì)于量子Stirlin

3、g熱機(jī)而言，其效率可以超過Carnot效率。這得益于回?zé)崞鞯氖褂?。此外，可逆熱機(jī)的逆循環(huán)并非總是制冷循環(huán)。而對(duì)于制冷機(jī)而言，制冷系數(shù)總是低于與其對(duì)應(yīng)的經(jīng)典循環(huán)的制冷系數(shù)。(2)若以兩個(gè)耦合自旋為工作物質(zhì)構(gòu)建量子Stirling熱機(jī)，則通過增加耦合常數(shù)，熱機(jī)循環(huán)可以轉(zhuǎn)換為制冷循環(huán)。
　　在本文第四章中，主要研究了疊加態(tài)對(duì)等能循環(huán)的影響。在本章中，先介紹了一般情況下的熱機(jī)性能，隨后選取具體的實(shí)例進(jìn)行探討，從而得出了一些有趣的結(jié)論，即對(duì)

4、于經(jīng)歷了等能循環(huán)的量子熱機(jī)而言，如果其能譜形式為En（L）=BL-αnσ，其中三是勢(shì)阱寬，B是依賴于L的參數(shù)，α和σ是兩個(gè)正指數(shù)，則可以得出:(1)當(dāng)系統(tǒng)的兩個(gè)參與態(tài)為疊加態(tài)時(shí)，熱機(jī)的效率將得到改善。而且，與非疊加態(tài)相比，熱機(jī)在疊加態(tài)時(shí)的正功條件更寬松。(2)對(duì)于固定的效率而言，疊加態(tài)可以改善熱機(jī)的功率;對(duì)于固定的功率輸出而言，疊加態(tài)提高了熱機(jī)的效率。(3)當(dāng)熱機(jī)為最大功率輸出時(shí)，系統(tǒng)的一個(gè)參與態(tài)是疊加態(tài)，而另一個(gè)參與態(tài)卻不是疊加態(tài)。以