Optimal paths for a bimolecular, light-driven engine

Summary

We examine a light-driven dissipative engine, which must necessarily operate far from equilibrium and at a nonzero rate to be capable of providing power and work. The engine’s working fluid consists of a buffer gas and the reacting system 2SO₃F⇄S₂O₆F₂. We model the concentrations of the reacting system as functions of both temperature and pressure. Piston trajectories maximizing work output and minimizing entropy production are determined for such an engine with the rate-dependent loss mechanisms of friction and heat conduction.

Riassunto

Si esamina un motore dissipativo attivato dalla luce che deve necessariamente funzionare lontano dall’equilibrio e a una velocità diversa da zero per essere in grado di fornire potenza e lavoro. Il fluido di lavoro del motore consiste di un gas tampone e di un sistema reagente 2SO₃F⇄S₂O₆F₂. Si modellano le concentrazioni del sistema reagente in funzione sia della temperatura che della pressione. Le traiettorie del pistone che massimizzano l’uscita di lavoro e minimizzano la produzione di entropia sono determinate per un tale motore con i meccanismi di perdita dipendenti dalla velocità di attrito e conduzione di calore.

Резюме

Мы исследелуем диссипативный двигатель, приводимый в действие светом, который безусловно должен действовать далеко от равновесия и при ненулевой скорости, чтобы обеспечить производство знергии и работы. Рабочее тело двигателя представляет буфферный газ и реагирующую систему 2SO₃F⇄S₂O₆F₂. Мы моделируем концентрации реагирующей системы в зависимости от температуры и давления. Для такого двигателя определяются траектории поршня, обеспечивающие максимум работы и минимум образования энтропии, с учетом зависящих от скорости механизмов потерь на трение и теплопроводность.