全同粒子为工作物质的量子Otto热机

作     者：郭丹阳 

作者单位：辽宁师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄晓理

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070201[理学-理论物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：全同粒子 囚禁粒子 Otto循环 多能级系统 

摘      要：随着量子信息技术和单个原子控制技术的不断发展,越来越多有关量子热机的研究不断涌现。从这些研究中我们发现,无论是理论研究还是实验实现,很多量子热机都展现出不同于经典的性质,而且人们还可以利用量子系统所特有的量子特性继续对量子热机进行优化。本文中我们研究以一维无限深势阱中的全同粒子为工作物质的量子Otto热机。考虑玻色系统的波函数具有对称性,费米系统的波函数具有反对称性。以全同粒子系统做功与单粒子做功的比值为关注点,分析了全同粒子系统的统计性质在不同条件下对热机做功的影响。在本文的第一章中,我们将介绍量子热机的发展背景和发展现状,以及量子系统的特性。在本文的第二章中,我们将对本文中涉及的热力学定律和相关理论基础进行简单的介绍和说明。在本文的第三章中,我们首先选取两个三能级全同粒子系统为量子Otto热机的工作物质,关注W(7)i(28)B,F(8)与W的比值,分析其他参量对比值的影响。其中W和W分别是两个玻色子和两个费米子所做的功,W是相同条件下单个粒子做的功。然后在两个N能级粒子的情况下,我们依旧分析玻色系统和费米系统做功与单粒子做功的比值,由于波函数的对称性,得到的这一比值不等于2。接下来,我们在三种温度区域内分析了能级数目不同所产生的影响。三种温度区域分别是低温区域、高温区域和中间温度区域。在多粒子情况中,我们计算W/M与W的比值,这里W/M可以看作是多粒子系统中每个粒子做功的平均值。对于其他工作物质模型,我们发现,能谱形式是E的系统,对应的结果相似,而这一结果与能谱形式是E的系统所对应的结果不同。