Энтропийные эффекты в диффузионном транспорте, обусловленные геометрией среды (1105352), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Вдиапазоне 102 ≤ ≤ 103 теория лишь качественно правильно передает поведение представляющих интерес величин (рис. 12).Основные результаты данной главы опубликованы в работах №3, №4 и №11из списка публикаций автора на стр. 22.20В заключении сформулированы основные результаты работы:1. Предложен подход к вычислению эффективного коэффициента диффузииeff в квазиодномерных периодических структурах. Итоговая общая формулане только воспроизводит известные результаты, но и позволяет впервые найтиeff в периодически расширяющейся трубке. Также новым результатом является демонстрация того факта, что метод гомогенизации поверхности в задачахдиффузионного транспорта пригоден не только в отсутствие энтропийного потенциала, но и при его наличии.2.
Изучена диффузия в трубке, состоящей из чередующихся широких и узкихучастков. Впервые установлена статистика времен переходов между соседнимиячейками и предложены формулы для eff , которые находятся в хорошем согласии с данными компьютерного моделирования во всем диапазоне параметров,характеризующих геометрию трубки.3. Впервые проанализированы дрейф и диффузия частицы под действиемсилы в трубке, состоящей из чередующихся широких и узких участков.
Прибольших значениях аналитически найдены зависимости транспортных коэффициентов (eff и эффективной подвижности eff ) от и геометрических параметров модели. Показано, что при → ∞ величина eff растет как 2 , вто время как eff не зависит от . Обнаружено, что с утолщением перегородкимежду широкими участками (т.е.
с удлинением соединяющего их узкого участка)eff монотонно спадает только тогда, когда отверстие в перегородке достаточновелико, и ведет себя немотонным образом в противном случае. Предсказаниятеории согласуются с результатами компьютерного эксперимента.4. Впервые предложена и изучена модель энтропийного броуновского мотора, преобразующего вносимые флуктуации (с нулевым средним) в направленноедвижение за счет асимметрии формы окружения.
При большой амплитуде флуктуирующей силы, когда обсуждаемый эффект максимален, получены аналитические решения для скорости дрейфа и силы остановки.5. Рассчитана эффективность преобразования предложенным устройствомэнергии вносимых возмущений в направленное движение и показано, как рабочие характеристики устройства зависят от амплитуды и временных характеристик возмущений. Определены условия (сильная асимметрия формы, адиабатический режим), в которых энтропийный мотор способен обеспечить высокуюэффективность преобразования энергии.21Публикации автора по теме диссертации1.
V.Yu. Zitserman, A.M. Berezhkovskii, A.E. Antipov, and Yu. A. Mahnovskii.Drift velocity of brownian particle in a periodically tapered tube induced by atime-periodic force with zero mean: Dependence on the force period. Journal ofChemical Physics, 135(12):121102, 2011. Импакт-фактор: 3.162.2. A.E. Antipov, A.V. Barzykin, A.M. Berezhkovskii, Yu.A. Makhnovskii, V.Yu.Zitserman, and S.M. Aldoshin.
Effective diffusion coefficient of a brownianparticle in a periodically expanded conical tube. Physical Review E - Statistical,Nonlinear, and Soft Matter Physics, 88(5):054101, 2013. Импакт-фактор: 2.313.3. В.Ю. Зицерман, Ю.А. Махновский и А.Е. Антипов. Направленный транспорт броуновской частицы в периодически сужающейся трубке. Журнал экспериментальной и теоретической Физики, 142(9):603–620, 2012.Импакт-фактор: 0.946.4. А.Е. Антипов, Ю.А.
Махновский и В.Ю. Зицерман. Асимметрия формыокружения как механизм генерации направленного движения. Журнал технической физики, 83(11):15–23, 2013. Импакт-фактор: 0.552.5. А.Е. Антипов, В.Ю. Зицерман, Ю.А. Махновский, С.М. Алдошин. Диффузия в квазиодномерных периодических структурах. Доклады академии Наук454(6):576–579, 2014. Импакт-фактор: 0.885.6. А.Е. Антипов, Ю.А. Махновский, В.Ю. Зицерман, С.М. Алдошин. Диффузия в трубке, состоящей из чередующихся широких и узких участков.Химическая физика, 33(9):78-86, 2014. Импакт фактор: 0.211.7.
Антипов А.Е., Махновский Ю.А., Зицерман В.Ю., Бережковский А.М.«Диффузия в трубах с периодически скачкообразно меняющимся сечением» // XXII симпозиум «Современная химическая физика» (г. Туапсе, Россия, 24 сентября - 5 октября, 2010 г.): аннотации докладов – г. Туапсе, 2010 г.– с. 55.8. Антипов А.Е. «Диффузия в трубах с периодически меняющимся сечением» // Международный молодежный научный форум «Ломоносов-2010»(г.
Москва, Россия, 12-15 апреля, 2010 г.): материалы Международногомолодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2010» [Электронный ре-22сурс: http://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2010/23.htm] — М.: МАКС Пресс.9. Зицерман В.Ю., Антипов А.Е., Махновский Ю.А., Бережковский А.М. «Подвижность наночастицы в условиях пространственной асимметрии. Выпрямляющий эффект сильного поля» // XIII Российская конференция потеплофизическим свойствам веществ (с международным участием) (г.
Новосибирск, Россия, 28 июня - 1 июля, 2011 г.): тезисы докладов – г. Новосибирск – с. 110-111.10. Антипов А.Е. «Диффузия в трубах с альтернирующим диаметром» //XVIII Международный молодежный научный форум «Ломоносов-2011»(г. Москва, Россия, 11-16 апреля, 2011 г.): материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2011» [Электронный ресурс:http://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2011/index_2.htm] — М.: МАКС Пресс.11. Антипов А.Е.
«Дрейф броуновской частицы в периодически сужающейся трубке под действием периодически меняющейся со временем силы» // XIX Международный молодежный научный форум«Ломоносов-2012» (г. Москва, Россия, 9-13 апреля, 2012 г.): материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ2012» [Электронный ресурс: http://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2012/index_2.htm] — М.: МАКС Пресс.12. Зицерман В.Ю., Антипов А.Е., Махновский Ю.А., Бережковский А.М.«Дрейф частиц в периодических асимметричных структурах, индуцированный переменной по направлению силой» // XXV симпозиум «Современнаяхимическая физика» (г. Туапсе, Россия, 20 сентября - 1 октября, 2013 г.):аннотации докладов – г.
Туапсе, 2013 г. – с. 75.13. Зицерман В.Ю., Антипов А.Е., Махновский Ю.А. «Энтропийный механизм функционирования броуновского мотора» // II международная научнаяинтернет-конференция «На стыке наук. Физико-химическая серия» (г. Казань, Россия, 28 января 2014 г.): материалы конференции – г. Казань, 2014 г.т. 1, с. 10.23Список использованной литературы1. Zwanzig R.
Diffusion past an entropy barrier // J. Phys. Chem. 1992. Vol. 96. P. 3926 – 3930.2. Reguera D., Rubí J. M. Kinetic equations for diffusion in the presence of entropic barriers //Phys. Rev. E. 2001. Vol. 64. P. 061106.3. Berezhkovskii A. M., Monine M. I., Muratov C. B., Shvartsman S. Y. Homogenization ofboundary conditions for surfaces with regular arrays of traps // J. Chem. Phys. 2006. Vol. 124.P.
036103.4. Lifson S., Jackson J. L. On the self-diffusion of ions in polyelectrolyte solution // J. Chem.Phys. 1961. Vol. 36. P. 2410 – 2414.5. Makhnovskii Yu. A., Berezhkovskii A. M., Zitserman V. Yu. Diffusion in a tube of alternatingdiameter // Chem. Phys. 2010. Vol. 367, no.
2/3. P. 110 – 114.6. Crick F. Diffusion in embryogenesis // Nature. 1970. Vol. 225. P. 420 – 422.7. Зицерман В. Ю., Махновский Ю. А., Дагдуг Л., Бережковский А. М. Диффузия в пористой среде с застойными зонами: анализ методами теории диффузионно-контролируемыхреакций // ЖФХ. 2008. Т. 82. С. 2265 – 2270.8. Berezhkovskii A. M. Variance of residence time spent by diffusing particle in a sub-domain:path integral based approach // Chem. Phys. 2010. Vol. 370.
P. 253 – 257.9. Hänggi P., Marchesoni F. Artificial Brownian motors: controlling transport on the nanoscale //Rev. Mod. Phys. 2009. Vol. 81. P. 387 – 442.10. Bressloff P. C., Newby J. M. Stochastic models of intracellular transport // Rev. Mod. Phys.2013. Vol.
85. P. 136 – 196.11. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике / Под ред. Я. А. Смородинского. Мир, 1965.12. Белиничер В. И., Стирман Б. И. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии // УФН. 1980. Т.
130. С. 415 – 456.13. Bartussek R., Hänggi P. Brownsche Motoren: Wie aus Brownscher Bewegung makroskopischerTransport wird // Phys. Bl. 1995. Vol. 51. P. 506 – 507.14. Reimann P. Brownian motors: noisy transport far from equilibrium // Phys. Rep. 2002. Vol.361.
P. 57 – 265.15. Parrondo J. M. R., de Cisneros B. J. Energetics of Brownian motors: a review // Appl. Phys. AMater. Sci. Process. 2002. Vol. 75. P. 179 – 191.16. Machura L., Kostur M., Talkner P. et al. Brownian motors: current fluctuations and rectificationefficiency // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 70, no. 6. P. 061105.24.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
