Processo termodinâmicos ótimos em sistemas fora do equilíbrio

• Processo: 20/02170-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2020
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física Geral
• Pesquisador responsável: Marcus Vinicius Segantini Bonança
• Beneficiário: Marcus Vinicius Segantini Bonança
• Instituição Sede: Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/07052-0 - International Conference on Magnetism, AR.EXT
• Assunto(s): Mecânica estatística Termodinâmica Sistemas quânticos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: finite-time thermodynamics | nonequilibrium phenomena | Física Estatística e Termodinâmica

Resumo

A segunda lei da Termodinâmica coloca limitações bastante drásticas ao custo energético mínimo para a manipulação de sistemas físicos. Tal custo mínimo só seria alcançado no limite de processos infinitamente lentos que, em condições realistas, são impossíveis de serem realizados. Logo, é de extrema importância abordar o seguinte problema: qual o processo termodinâmico de manipulação de um sistema que, com duração finita, minimiza o custo energético? A solução desse problema ainda se restringe a pouquíssemos exemplos. Embora exista uma teoria preliminar que se aplique a um sistema qualquer, ela só é capaz de descrever regimes bastante restritos da gama de possibilidades que compõe o comportamento fora do equilíbrio. Esse projeto tem como objetivo contribuir para a solução desse problema termodinâmico de otimização em sistemas quânticos e clássicos isolados termicamente ou em contato com um reservatório térmico. As grandezas que utilizaremos para quantificar o custo energético serão o trabalho termodinâmico (em situações em que há variação de energia livre) e a produção de entropia (definida apropriadamente de acordo com a situação). Do ponto de vista da formulação teórica do problema, devemos procurar ferramentas que permitam expressar esses quantificadores como funcionais do protocolo escolhido para a realização do processo. Isso já vem sendo feito dentro do grupo de pesquisa do proponente utilizando teorias perturbativas para tratar processos próximos do equilíbrio. Pretendemos utilizar o conhecimento adquirido e as técnicas desenvolvidas nesse regime para ir além e tratar situações arbitrariamente fora do equilíbrio. Acreditamos que os resultados obtidos terão impacto na elaboração de máquinas térmicas mesoscópicas mais eficientes e no entendimento das restrições fundamentais impostas pela segunda lei a tempo finito. (AU)

Publicações científicas

(8)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

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SORIANI, ARTUR; MIRANDA, EDUARDO; DEFFNER, SEBASTIAN; BONANCA, MARCUS V. S.. Shortcuts to Thermodynamic quasistaticity. Physical Review Letters, v. 129, n. 18, p. 6-pg., 2022-10-18. (20/02170-4)

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SORIANI, ARTUR; NAZE, PIERRE; BONANCA, MARCUS V. S.; GARDAS, BARTLOMIEJ; DEFFNER, SEBASTIAN. Three phases of quantum annealing: Fast, slow, and very slow. PHYSICAL REVIEW A, v. 105, n. 4, p. 12-pg., 2022-04-14. (18/06365-4, 18/21285-7, 20/02170-4)

NAZE, PIERRE; BONANCA, MARCUS V. S.. Series Expansion of the Excess Work Using Nonlinear Response Theory. Journal of Statistical Physics, v. 186, n. 2, FEB 2022. (18/06365-4, 18/21285-7, 20/02170-4)

BONANCA, MARCUS V. S.; DEFFNER, SEBASTIAN. luctuation theorem for irreversible entropy production in electrical conductio. Physical Review E, v. 105, n. 1, JAN 24 2022. (20/02170-4)