量子Stirling熱機和制冷機的理論研究.pdf

1、近幾年，隨著納米技術(shù)和量子信息處理的發(fā)展，越來越多的物理學家開始對量子熱力學的研究產(chǎn)生興趣。量子熱力學的研究不僅為納米技術(shù)和量子信息處理的潛在應用提供了保證，而且為人們研究熱力學的基本問題開闊了新的視野。在所有關于量子熱力學的研究中，量子熱機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)造不同的量子熱機模型，進而利用不同的方法、考慮不同的情況來研究這些熱機的性能。
　　本文中，我們以量子熱力學的基本知識為基礎，選取不同的工作物

2、質(zhì)來構(gòu)造量子熱機和制冷機，進而研究它們的效率，功率輸出，制冷系數(shù)等性能。
　　在本文的前兩章中，我們簡單介紹了量子熱力學的發(fā)展背景，發(fā)展現(xiàn)狀，同時介紹了量子熱力學的主要應用以及量子熱力學的一些基本概念。
　　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熱機和制冷機，并且研究了熱機的效率、功率輸出和制冷機的制冷系數(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)，對于量子Stirlin

3、g熱機而言，其效率可以超過Carnot效率。這得益于回熱器的使用。此外，可逆熱機的逆循環(huán)并非總是制冷循環(huán)。而對于制冷機而言，制冷系數(shù)總是低于與其對應的經(jīng)典循環(huán)的制冷系數(shù)。(2)若以兩個耦合自旋為工作物質(zhì)構(gòu)建量子Stirling熱機，則通過增加耦合常數(shù)，熱機循環(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)對等能循環(huán)的影響。在本章中，先介紹了一般情況下的熱機性能，隨后選取具體的實例進行探討，從而得出了一些有趣的結(jié)論，即對

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