Eficiência de um motor térmico de Otto quântico baseado em um sistema de dois níveis

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dc.contributor.advisor1Almeida, Norton Gomes de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3182841849332242pt_BR
dc.contributor.referee1Almeida, Norton Gomes de
dc.contributor.referee2Serra, Roberto Menezes
dc.contributor.referee3Cardoso, Wesley Bueno
dc.contributor.referee4Brito, Frederico Borges de
dc.contributor.referee5Pinto, Diogo de Oliveira Soares
dc.creatorAssis, Rogério Jorge de
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/7703787869253387pt_BR
dc.date.accessioned2022-02-22T14:55:12Z
dc.date.available2022-02-22T14:55:12Z
dc.date.issued2021-12-09
dc.description.abstractClassical thermodynamics, also called equilibrium thermodynamics, is a theory that deals with macroscopic systems in equilibrium. After its development, other theories emerged to encompass macroscopic out-of-equilibrium systems. Over the past few decades, researchers have developed a new theory to describe also the thermodynamics of microscopic quantum systems, which became known as quantum thermodynamics. An important application of this theory is in the development of heat engines in which the working substance (the substance responsible for transforming heat into work) is a microscopic quantum system. Due to their composition, these devices came to be commonly called quantum heat engines. Notably, recent studies have shown that using an out-of-equilibrium reservoir as a heat source can improve the performance of quantum heat engines, compared to the usual case where the heat source is an equilibrium reservoir (a thermal reservoir). In this context, this thesis presents two studies related to a quantum Otto heat engine whose working substance is a two-level system: in the first study, the engine has a squeezed thermal reservoir as the heat source, while in the second study, the heat source is a reservoir with a negative temperature. Both studies explore the finite-time regime of the expansion and compression stages of the heat engine. The first study shows that the engine efficiency can be greater than the Carnot efficiency in both the quasi-static and finite-time regimes. However, as in the usual case, decreasing the time of the expansion and compression stages degrades the engine efficiency. In its turn, the second study shows that the engine efficiency can surpass the Otto efficiency in the finite-time regime. Here, different from the usual case, decreasing the time of the expansion and compression stages can increase the engine's efficiency. Finally, the present thesis shows an experimental scheme in the nuclear magnetic resonance context able to provide a proof of concept for the engine in the different situations studied.eng
dc.description.provenanceSubmitted by Onia Arantes Albuquerque (onia.ufg@gmail.com) on 2022-02-22T14:19:55Z No. of bitstreams: 2 Tese - Rogério Jorge de Assis - 2022.pdf: 1651510 bytes, checksum: 263a9b4d89c7f011268b2c8bc6181b1e (MD5) license_rdf: 805 bytes, checksum: 4460e5956bc1d1639be9ae6146a50347 (MD5)en
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dc.description.resumoA termodinâmica clássica, também chamada de termodinâmica de equilíbrio, é uma teoria que trata de sistemas macroscópicos em equilíbrio. Após seu desenvolvimento, outras teorias surgiram com o propósito de englobar sistemas macroscópicos fora do equilíbrio. Ao longo das últimas décadas, uma nova teoria tem sido desenvolvida com o intuito de descrever também a termodinâmica de sistemas quânticos microscópicos, a qual ficou conhecida como termodinâmica quântica. Uma aplicação interessante dessa teoria está no desenvolvimento de motores térmicos nos quais a substância de trabalho (substância responsável por transformar calor em trabalho) é um sistema quântico microscópico. Devido a sua composição, esses dispositivos passaram a ser comumente chamados de motores térmicos quânticos. Notavelmente, estudos recentes têm mostrado que a utilização de um reservatório fora do equilíbrio como fonte de calor pode melhorar o desempenho de determinados motores térmicos quânticos, em comparação com o caso usual em que a fonte de calor é um reservatório em equilíbrio (um reservatório térmico). Nesse contexto, a presente tese apresenta dois estudos relacionados a um motor térmico de Otto quântico cuja substância de trabalho é um sistema de dois níveis: no primeiro estudo o motor tem como fonte de calor um reservatório térmico comprimido, enquanto no segundo estudo a fonte de calor é um reservatório com temperatura negativa. O regime de tempos finitos das etapas de expansão e compressão do motor em questão é explorado em ambos os estudos. No primeiro estudo é mostrado que a eficiência do motor pode ser maior que a eficiência de Carnot tanto no regime quase-estático quanto no regime de tempos finitos. Contudo, assim como no caso usual, a diminuição nos tempos das etapas de expansão e compressão degrada a eficiência do motor. No segundo estudo, por sua vez, é mostrado que a eficiência do motor pode superar a eficiência de Otto no regime de tempos finitos. Diferente do caso usual, aqui a diminuição nos tempos das etapas de expansão e compressão pode aumentar a eficiência do motor. Por fim, é mostrado um esquema experimental, no contexto de ressonância magnética nuclear, capaz de fornecer uma prova de conceito para o motor estudado nas diferentes situações consideradas.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.identifier.citationASSIS, R. J. de. Eficiência de um motor térmico de Otto quântico baseado em um sistema de dois níveis. 2022. 86 f. Tese (Doutorado em Física) - Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/11897
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Física - IF (RG)pt_BR
dc.publisher.initialsUFGpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Fisica (IF)pt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/*
dc.subjectTermodinâmica quânticapor
dc.subjectMotor térmico quânticopor
dc.subjectRessonância magnética nuclearpor
dc.subjectReservatório térmico comprimidopor
dc.subjectReservatório com temperatura negativapor
dc.subjectQuantum thermodynamicseng
dc.subjectQuantum heat engineeng
dc.subjectNuclear magnetic resonanceeng
dc.subjectSqueezed thermal reservoireng
dc.subjectReservoirs with negative temperatureeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICApt_BR
dc.titleEficiência de um motor térmico de Otto quântico baseado em um sistema de dois níveispt_BR
dc.title.alternativeEfficiency of a quantum Otto heat engine based on a two-level systemeng
dc.typeTesept_BR

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