温度勾配によって駆動されるコロイド粒子の非平衡輸送現象

温度梯度驱动的胶体粒子非平衡输运现象

基本信息

批准号：
12J03258
负责人：
中山洋平
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03258/
关键词：
非平衡統計力学熱力学ゆらぎエントロピー粗視化熱機関

项目摘要

熱ゆらぎによってブラウン運動するサイズの微粒子に、温度勾配とそれに応じた外力場を加えることで、ゆらぎを利用して温度差から仕事を取り出す熱機関を実験的に実現することを目指して研究を行った。まず、温度勾配のもとで実効的なポテンシャルを生じさせることによって、熱機関としての動作を妨げる非平衡輸送現象であるソーレ効果の性質を、その大きさ・向きを変化させることができるコロイド粒子/高分子溶液系において調べた。実験手法としては、前年度に引き続き、レーザーの干渉縞によってサンプル中に温度勾配を形成して回折光強度からソーレ効果の大きさを測定する手法である熱拡散型強制レイリー散乱法をもちいた。石英コロイド粒子/ポリエチレングリコール水溶液系の実験結果を検討したところ、石英コロイド粒子の実効的なソーレ効果の大きさがポリエチレングリコール濃度に対して非線形的に変化しているという結果が得られた。また理論的には、これまで温度勾配や非平衡外力のもとでのブラウン運動において議論してきた異なる記述のスケールに関する問題を、少数個の異なる温度の熱浴に接触することで動作する熱機関のモデルに拡張した。このモデルにおいては、3つ以上の異なる記述のスケールが物理的に自然な状況で現れるため、まず詳細な記述のスケールからスタートして粗視化を行うことによって異なる記述のスケールにおけるダイナミクスを導いた。その上で、異なる記述のスケールにおける全系のエントロピー生成の関係に着目して、それらの間に一般には有限の差があることを明らかにした。

进行研究的目的是通过实验实现使用波动来通过将温度梯度和外部力场应用于由于热波动而使棕色的细颗粒来从温度差异中提取工作。首先，在胶体颗粒/聚合物溶液系统中研究了可以改变其大小和方向的唯一效应的特性，即通过在温度梯度下产生有效电位来阻止热发动机操作的非平衡运输现象。作为一种实验方法，与上一年一样，我们使用了热扩散强制雷利散射方法，这是一种使用激光干扰条纹在样品中形成温度梯度并根据衍射光强度测量唯一效应的技术。测试了石英胶体颗粒/聚乙烯乙二醇水溶液的实验结果，发现与聚乙二醇浓度相对于石英胶体颗粒的有效唯一效应大小非线性变化。从理论上讲，我们已经扩展了与温度梯度和非平衡外力在布朗运动中讨论过的不同描述量表的问题，以通过接触几个不同温度的热浴而进行的热发动机模型。在此模型中，由于三个或更多不同的描述量表出现在物理自然的情况下，因此我们首先以详细的描述比例开始，然后粗粒，以在不同的描述量表下得出动态。然后，我们专注于所有系统的熵生成在不同规模的描述之间的关系，并透露它们之间通常存在有限的差异。