|
|
Nerovnovážná Brownovská dynamika v periodických potenciálech
Paidar, Jaroslav ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Žonda, Martin (oponent)
Kolektivní dynamika Brownovských částic v pórovitých strukturách představuje důle- žité téma jak pro teorii, tak pro experiment. V několika modelech bylo nedávno dosaženo dobrého porozumění Brownovské dynamice interagujících částic pohybujících se v jedné dimenzi. Teoretický popis těchto modelů se soustředí na nekonečně velké systémy, ač- koli reálné systémy jsou ve skutečnosti malé. Tato práce se zaměřuje na studium vlivu velikosti systému interagujících částic řízených silou na jejich transportní chování v pe- riodickém potenciálu. Jako referenční data jsme využili simulace jedno-částicového mo- delu s analyticky řešitelnými výsledky. Pro tento model byly provedeny simulace Euler- Maruyamaovou metodou. Více-částicové simulace byly provedeny pro dva různé typy interakcí částic. Interakce typu tuhých koulí posloužila jako základ analýzy chování čás- tic s interakčním potenciálem typu vyhlazené bariéry, který umožnil předbíhání částic. Byla studována rychlost částic a koeficient difuze v závislosti na různých parametrech systému, jako je měkkost a velikost částic, hustota nebo velikost systému. 1
|
|
|
Work and heat at the mesoscale
Pajger, Šimon ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Kolář, Michal (oponent)
Název práce: Teplo a práce v mesoskopických systémech Autor: Bc. Šimon Pajger Katedra: Katedra makromolekulární fyziky Vedoucí diplomové práce: RNDr. Artem Ryabov, Ph.D., KMF MFF UK Abstrakt: Pochopení přeměny tepla a práce v tepelních strojích vedlo k ob- jevu entropie a k formulaci druhého zákona klasické makroskopické termody- namiky. V mikroskopické a mesoskopické škále jsou kvantové koherence po- tenciálním zdrojem pro různé kvantové procesy. Kvantové koherence lze využít ke zvýšení výkonu různých zařízení za hranice klasické fyziky. V poslední době bylo vytvořeno mnoho modelů objasňujících, jak koherence ovlivňují rychlost a nevratnost termodynamických procesů, a vyvolávajících otázku, jaké experi- mentálně relevantní důsledky mohou mít různá zobecnění formalismu klasické termodynamiky na mikroskopickou úroveň. Zde se podrobně zabýváme několika z těchto modelů. Konkrétně se zabýváme fluktuacemi tepelných proudů zesílených koherencí, navrhujeme model tepelného stroje, který vykonává práci, zatímco je v ustáleném stavu, a taky odvozujeme podmínku na rychlost dekoherence, která určuje, kdy proudy zesílené koherencí poskytují významnou výhodu oproti případu bez jakékoli koherence. Dále se zabýváme...
|
|
|
Entropy production in periodically driven systems
Jankola, Marek ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Novotný, Tomáš (oponent)
Termodynamické relácie neurčitosti (TRN) prepájajú dynamické veličiny, ako napríklad rýchlosť a jej fluktuácie s produkciou entropie. Tieto relácie sú dobre pochopené v prípade termodynamicky konzistentných časovo-homogénnych Markovských procesov, akým je aj pretlmený Brownovský pohyb v naklonenom periodickom potenciály (NP). Avšak, pre procesy s časovo závislým externým budením všeobecná schéma pre podobné relácie nie je známa. V tejto práci sa sústredíme na triedu periodicky budených systémov, ktorých dynamika je mapovateľná na prípad časovo-homogénnych Markovských procesov. Využitím tohto mapovania medzi systémami odvodzujeme výraz pre produkciu entropie pre pretlmený Brownovský pohyb v potenciále cestujúcej vlny (CV), pomocou ktorého získame inverznú TRN, t.j. horný limit na produkciu entropie. Tento limit je daný rýchlosťou a disperzným koeficientom, čo sú experimentálne pozorovateľné veličiny. Inverzná TRN dáva ohraničenia na kinetickú účinnosť pri transporte častíc pomocou CV potenciálu, tak ako bolo demonštrované experimentami s optickým dopravným pásom (ODP). Namerané hodnoty výslednej rýchlosti koloidnej častice o veľkosti rádovo sto nanometrov pri transporte pomocou ODP pohybujúceho sa určitými rýchlosťami sa zhodujú s našimi výsledkami. Navyše, pomocou inverznej TRN, analyzujeme limity na...
|
|
| |
|
|
Collective dynamics of Brownian particles in heterogeneous media
Voráč, David ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Allolio, Christoph (oponent)
Nerovnovážné transportní procesy ve stísněných prostorech nabývají zásadní důležitosti v přírodě a technických oborech. V nerovnovážné statistické mechanice modely takových systémů hrají klíčovou roli v pochopení nerovnovážných ustálených stavů. V této práci používáme nedávno publikovaný model Brownovského asymetrického prostého vylučo- vacího procesu a diskutujeme několik z jeho dosud neprobádaných vlastností. V pře- plněných systémech je tok částic zprostředkován pomocí kolektivních tepelných excitací - vzácných událostí, jejichž popis může být velmi komplikovaný. Vyšetřili jsme je v kon- textu přeplných systémů pevných koulí v periodickém potenciálu, přičemž jsme odvodili jejich generační intenzitu společně s jejich překvapivě vysokou rychlostí. Nakonec disku- tujeme zdánlivý fázový přechod, který pozorujeme v přeplněném systému. Dále jsme vyšetřili transportní vlastnosti směsí složených z polydisperzních pevných koulí pohybu- jících se periodickém potenciálu. Podáváme vysvětlení spojitosti mezi periodickou oscilací toku v monodisperzním systému a oscilacemi v dvojsložkových a trojsložkových směsích. Ukázali jsme záporný vztah mezi rozptylem velikosti částic a jejich tokem. Nakonec jsme provedli aproximaci toku pro slabé vnější síly pomocí aplikace hustotní funkcionální teorie na hustotní...
|
|
|
Evaporation of simple and complex fluids at different surface wettability
Májek, Juraj ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Procházka, Marek (oponent)
V tejto práci skúmame dynamiku vyparovania sediacich kvapiek v dvoch prípadoch: (i) kvapky vyparujúce sa na povrchoch potiahnutých vrstvou plaz- mového Teflónu, ktoré vykazujú anomálne dlhú dobu vyparovania vzhľadom na ich veľkosť, (ii) vyparujúce sa kvapky so suspenziami lipozómov, ktoré sa počas vyparovania postupne rozširujú. (i) Pozorovaním kvapiek vody odparujúcich sa na kremíkovej doštičke poti- ahnutej tenkou teflónovou vrstvou sme zistili, že voda teflónovú vrstvu rozkladá a preniká ňou. Kvapky pod ňu ukryjú časť svojho objemu, ktorý sa potom neodparuje. To vedie k anomálne dlhým časom odparovania. Tento efekt prip- isujeme štrukturálnej nestabilite teflónovej vrstvy, ktorá vyplýva z kontaktu nepolárneho Teflónu a polárneho SiO2. Použitím teflónových povrchov starých najviac týždeň sa dá tomuto efektu zabrániť. Ďalej identifikujeme a popíšeme typické znaky tohoto prenikania, ktoré umožňujú jej včasné odhalenie. (ii) Meriame rozširovanie kvapiek obsahujúcich lipozómami a pozorujeme nárast polomeru až o 30% počiatočnej hodnoty. Počas tohto nárastu sa kon- taktná línia kvapiek šíri nárazovo a vo výbežkoch, nie rovnomerne. Z exis- tujúcej literatúry vyplýva, že lipozómy sa adsorbujú na rozhraní vzduch/voda aj...
|
|
| |
|
|
Brownian motion in logarithmic potential
Berestneva, Ekaterina ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Chvosta, Petr (oponent)
V této práci se zabýváme dobou prvního dosážení Brownovské částice difundující pod vlivem logaritmického potenciálového pole U(x, t) = g(t) log(x). Hlavní část této práce je věnována případu potenciálu s časově závislou amplitudou g(t). Pro získání odpovídající pravděpodobnosti přežití je potřeba vyřešit Fokker-Planckovu rovnici. Její analytické řešení pro časově závislý po- tenciál je ovšem dosud neznámé. V této práci navrhujeme jednoduchý asymptotický přístup, který poskytuje dlouhočasové chování pravděpodobnosti přežití a momenty polohy částice. Pravděpo- dobnost přežití vykazuje různorodé chování pro různé funkce g(t). Rozlišujeme tři režimy asympto- tického chování: regulární režim, marginální režim a režim zesílené absorpce. Také řešíme otázku, jak se budou odvozené vlastnosti prvního dosažení pro Brownův pohyb měnit, když se absorpční hranice nenachází přímo v počátku. 1
|
|
|
Stochastic dynamics and energetics of biomolecular systems
Ryabov, Artem ; Chvosta, Petr (vedoucí práce) ; Novotný, Tomáš (oponent) ; Papáček, Štěpán (oponent)
Název práce: Stochastická dynamika a energetika biomolekulárních systémů Autor: Artem Ryabov Katedra: Katedra makromolekulární fyziky Vedoucí disertační práce: prof. RNDr. Petr Chvosta, CSc., Katedra makro- molekulární fyziky Abstrakt: Obsahem práce jsou přesně řešitelné modely nerovnovážné stati- stické fyziky. Nejprve je studována prostorově omezená jedno-dimenzionální difúze částic s interakcí typu vyloučeného objemu. Diskutovány jsou otevřené systémy s absorpčními hranicemi a tedy s proměnným počtem částic. Dy- namika jedné vybrané částice a doba jejího záchytu absorpčními hranicemi jsou odvozeny z přesného výrazu pro hustotu pravděpodobnosti pro polohu částice. Hlavními důsledky interakce jsou změny dynamických exponentů, výrazné zpomalení difúzní dynamiky a změny časových škál popisujících proces absorpce ve srovnání s referenčním souborem neinteragujících čás- tic. Druhá část práce je zaměřena na stochastickou termodynamiku malých systémů. V této části je zformulován a přesně vyřešen experimentálně rel- evantní model Brownova pohybu v anharmonickém časově závislém poten- ciálu. Potenciál je složen ze dvou komponent, časově závislé harmonické části a časově nezávislé logaritmické bariéry v počátku souřadnic. Cílem je vypočítat hustotu pravděpodobnosti pro práci vykonanou na částici vnější silou. Pro...
|
|
|
Entropy production and irreversibility in transition state theory
Pajger, Šimon ; Ryabov, Artem (vedoucí práce) ; Novotný, Tomáš (oponent)
Název práce: Entropie a nevratnost přechodů přes energetické bariéry Autor: Šimon Pajger Katedra: Katedra makromolekulární fyziky Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Artem Ryabov, Ph.D., Katedra makromolekulární fyziky Abstrakt: Moderní experimenty zaměřené na studium dob trvání nerovnovážných přechodových dejů poskytují cenné informace o mikroskopické dynamice těchto procesů. Teoreticky jsou výsledky takových experimentů dobře popsány pouze pro systémy, na něž nepůsobí časově závislá vnější síla, kde jednou z nejobecnějších teoretických předpovědí je tvrzení o rovnosti distribucí časů přechodů dopředu a zpět mezi libovolnými dvěma body krajiny volné energie. Nedávno však bylo experimentálně zjištěno, že tato identita může být narušena působením vnější časově závislé síly. V práci teoreticky zkoumáme tuto situaci a diskutujeme, za jakých podmínek lze identitu distribucí zobecnit na časově závislý případ. Za tímto účelem zavádíme rozdělení přechodových časů vážená produkcí entropie. Zejména ukazujeme, že je možné najít váhu pro každou trajektorii takovou, že vážená rozdělení přechodových časů, vyplývající z těchto vah, jsou identické. Speciální případ periodického...
|
host ::
RSS.