Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Weiderpass, Gabriel Artur, 1992-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597
Resumo: Orientador: Amir Ordacgi Caldeira
id UNICAMP-30_81af5a4f7fd4a65460b07e721c8ce2b9
oai_identifier_str oai::1060602
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertosEntropy production and heat flux in open quantum systemsFísica estatísticaTermodinâmica quânticaSistemas quânticos abertosMovimento Browniano quânticoDissipação quânticaStatistical physicsQuantum thermodynamicsOpen quantum systemsQuantum Brownian motionQuantum dissipationOrientador: Amir Ordacgi CaldeiraDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Neste trabalho estudamos a dinâmica completa de dois sistemas físicos, um oscilador harmônico simples conectado a um reservatório térmico e dois osciladores harmônicos acoplados cada um conectado a um reservatório térmico a temperatura distinta. Fizemos este estudo utilizando tanto integrais de trajetória quanto equações de Langevin quânticas visto que cada uma dessas metodologias se mostra adequada para a obtenção de certas propriedades e desejávamos estudar todo o espectro de grandezas. Para diferentes regimes dissipativos e temperaturas, estudamos a termalização destes sistemas analisando as energias cinética, potencial e interna, o fluxo de calor, a produção de entropia, a capacidade térmica de um oscilador harmônico e a condutância térmica entre dois reservatórios térmicos a temperaturas diferentes. Utilizamos métodos analíticos para obter as soluções exatas e numéricos para graficar estas grandezas. Estudamos a produção de entropia de um oscilador harmônico simples para o limite clássico mostrando que a mesma é estritamente positiva e vai a zero conforme o sistema se aproxima do equilíbrio. Para o caso quântico desenvolvemos dois métodos para estudar esta grandeza. No primeiro utilizamos um parâmetro auxiliar sobre o qual efetuamos uma integral de trajetória já no segundo precisamos de uma hierarquia de quarta ordem de momentos estocásticos quânticos. Para obter tal hierarquia definimos uma prescrição que relaciona a média de um operador ao momento estocástico quântico necessário. Obtivemos uma forma analítica para o fluxo de calor entre dois reservatórios térmicos no estado estacionário e mostramos que esta forma é uma generalização da lei de Fourier para o domínio quântico. Analisando o limite clássico do fluxo de calor obtivemos uma forma fenomenológica fechada para a condutância térmica. Estudamos o operador densidade de equilíbrio de um oscilador harmônico simples e mostramos que ele não corresponde ao operador de Gibbs e mostramos ainda que esta suposição leva a resultados inadequados. Para realizar este trabalho utilizamos o modelo de osciladores harmônicos para o reservatório térmico que é a base formal para o estudo de sistemas quânticos abertos. Além disso, introduzimos nesta tese os conceitos necessários para entender tal estudoAbstract: Using both path integrals and quantum Langevin equations we studied the complete dynamics of two systems: a simple harmonic oscillator coupled to a thermal reservoir and two coupled simple harmonic oscillators each one coupled to a thermal reservoir at distinct temperature. Each approach is appropriate for obtaining certain properties, therefore, using both, we can study the whole spectrum. For a range of dissipative parameters and temperatures, we studied the thermalization of these systems by analyzing their kinetic, potential and internal energy, the heat flux, the entropy production, the heat capacity of one simple harmonic oscillator and the thermal conductance between two thermal reservoirs at different temperatures. We used analytical methods to obtain exact expressions for those physical quantities and numerical methods to plot them. We have shown that the entropy production of a simple harmonic oscillator in the classical limit is strictly positive and goes to zero as the system approaches the equilibrium. In the quantum domain, we developed two methods to study this physical quantity. In the first one, we used an auxiliary parameter to perform a path integral, in the latter approach we required a hierarchy of quantum stochastic momenta. To obtain such hierarchy we defined a prescription which relates a quantum operator to the quantum stochastic momentum that is required. We obtained an analytical expression for the heat flux between two thermal reservoirs at distinct temperatures in the stationary state and shown that this is a generalization of the Fourier law on the quantum domain. By taking the classical limit of the heat flux we obtained a closed phenomenological expression for the thermal conductance. We have shown that the Gibbs operator is not the equilibrium reduced density operator of one harmonic oscillator; furthermore, we have also shown that assuming such equality leads to inadequate results. The harmonic oscillator model for the thermal reservoir, which is the formal basis for the theory of quantum open systems, was used to perform those studies. Furthermore, in this thesis, we introduced the necessary concepts to understand themMestradoFísicaMestre em FísicaCNPQ130023/2017-5CAPES1582973/2016[s.n.]Caldeira, Amir Ordacgi, 1950-Bonança, Marcus Vinicius SegantiniHoyos Neto, José AbelUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb WataghinPrograma de Pós-Graduação em FísicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASWeiderpass, Gabriel Artur, 1992-20182018-08-07T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (93 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597WEIDERPASS, Gabriel Artur. Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos. 2018. 1 recurso online (93 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1060602Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-10-29T15:05:13Zoai::1060602Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2018-10-29T15:05:13Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
Entropy production and heat flux in open quantum systems
title Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
spellingShingle Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
Weiderpass, Gabriel Artur, 1992-
Física estatística
Termodinâmica quântica
Sistemas quânticos abertos
Movimento Browniano quântico
Dissipação quântica
Statistical physics
Quantum thermodynamics
Open quantum systems
Quantum Brownian motion
Quantum dissipation
title_short Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
title_full Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
title_fullStr Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
title_full_unstemmed Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
title_sort Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos
author Weiderpass, Gabriel Artur, 1992-
author_facet Weiderpass, Gabriel Artur, 1992-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Caldeira, Amir Ordacgi, 1950-
Bonança, Marcus Vinicius Segantini
Hoyos Neto, José Abel
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Física Gleb Wataghin
Programa de Pós-Graduação em Física
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Weiderpass, Gabriel Artur, 1992-
dc.subject.por.fl_str_mv Física estatística
Termodinâmica quântica
Sistemas quânticos abertos
Movimento Browniano quântico
Dissipação quântica
Statistical physics
Quantum thermodynamics
Open quantum systems
Quantum Brownian motion
Quantum dissipation
topic Física estatística
Termodinâmica quântica
Sistemas quânticos abertos
Movimento Browniano quântico
Dissipação quântica
Statistical physics
Quantum thermodynamics
Open quantum systems
Quantum Brownian motion
Quantum dissipation
description Orientador: Amir Ordacgi Caldeira
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018
2018-08-07T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597
WEIDERPASS, Gabriel Artur. Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos. 2018. 1 recurso online (93 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597
identifier_str_mv WEIDERPASS, Gabriel Artur. Produção de entropia e fluxo de calor em sistemas quânticos abertos. 2018. 1 recurso online (93 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1634597. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1060602
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (93 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189132278169600