Negative entropy production in oscillatory processes

Stephen R. Williams; Denis J. Evans; Emil Mittag

doi:10.1016/j.crhy.2007.05.007

Negative entropy production in oscillatory processes
[Production d'entropie négative dans les processus oscillatoires]

Stephen R. Williams ¹ ; Denis J. Evans ¹ ; Emil Mittag ¹

¹ Research School of Chemistry, The Australian National University, Canberra, ACT 0200, Australia

Comptes Rendus. Physique, Volume 8 (2007) no. 5-6, pp. 620-624.

Résumé
Abstract

La thermodynamique irréversible linéaire affirme que la production d'entropie locale instantanée est toujours non-négative. Cependant, pour un fluide visco-élastique, ceci n'est pas toujours le cas. Etant donné le statut fondamental du second principe, ceci constitue un problème. Nous donnons une nouvelle dérivation rigoureuse du second principe, qui est valable pour une production d'entropie adéquatement moyennée sur le temps permettant à la production d'entropie instantanée d'être négative sur de courts intervalles de temps. Nous montrons que les moyennes temporelles de la production d'entropie (plutôt que ses valeurs instantanées) sont non-négatives. Nous illustrons ceci par des simulations de dynamique moléculaire de cisaillement oscillatoire.

Linear irreversible thermodynamics asserts that the instantaneous local spontaneous entropy production is always nonnegative. However, for a viscoelastic fluid this is not always the case. Given the fundamental status of the Second Law, this presents a problem. We provide a new rigorous derivation of the Second Law, which is valid for the appropriately time averaged entropy production allowing the instantaneous entropy production to be negative for short intervals of time. We show that time averages (rather than instantaneous values) of the entropy production are nonnegative. We illustrate this using molecular dynamics simulations of oscillatory shear.

Reçu le : 2007-04-27
Publié le : 2007-06-01

DOI : 10.1016/j.crhy.2007.05.007

Keywords: Negative entropy, Oscillatory process
Mot clés : Entropie négative, Processus oscillatoire

Affiliations des auteurs :

Stephen R. Williams ¹ ; Denis J. Evans ¹ ; Emil Mittag ¹

¹ Research School of Chemistry, The Australian National University, Canberra, ACT 0200, Australia

@article{CRPHYS_2007__8_5-6_620_0,
     author = {Stephen R. Williams and Denis J. Evans and Emil Mittag},
     title = {Negative entropy production in oscillatory processes},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {620--624},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {8},
     number = {5-6},
     year = {2007},
     doi = {10.1016/j.crhy.2007.05.007},
     language = {en},
}

TY  - JOUR
AU  - Stephen R. Williams
AU  - Denis J. Evans
AU  - Emil Mittag
TI  - Negative entropy production in oscillatory processes
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2007
SP  - 620
EP  - 624
VL  - 8
IS  - 5-6
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crhy.2007.05.007
LA  - en
ID  - CRPHYS_2007__8_5-6_620_0
ER  -

%0 Journal Article
%A Stephen R. Williams
%A Denis J. Evans
%A Emil Mittag
%T Negative entropy production in oscillatory processes
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2007
%P 620-624
%V 8
%N 5-6
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crhy.2007.05.007
%G en
%F CRPHYS_2007__8_5-6_620_0

Stephen R. Williams; Denis J. Evans; Emil Mittag. Negative entropy production in oscillatory processes. Comptes Rendus. Physique, Volume 8 (2007) no. 5-6, pp. 620-624. doi : 10.1016/j.crhy.2007.05.007. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2007.05.007/

Bibliographie
Cité par

[1] D. Kondepudi; I. Prigogine Modern Thermodynamics, Wiley, New York, 1998 see especially Eq. (15.2.3)

[2] S.R. De Groot; P. Mazur Non-Equilibrium Thermodynamics, Dover, New York, 1984

[3] P.J. Daivis; M.L. Matin J. Chem. Phys., 118 (2003), p. 11111

[4] J.R. Dorfman An Introduction to Chaos in Nonequilibrium Statistical Mechanics, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1999

[5] C. Bustamante; J. Liphardt; F. Ritort Phys. Today, 58 (2005) no. 7, p. 43

[6] D. Ruelle Phys. Today, 57 (2004) no. 5, p. 48

[7] C. Jarzynski Phys. Rev. Lett., 78 (1997), p. 2690

[8] C. Jarzynski Phys. Rev. E, 56 (1997), p. 5018

[9] D.J. Evans; G.P. Morriss Statistical Mechanics of Nonequilibrium Liquids, Academic Press, London, 1990

[10] S.R. Williams; D.J. Searles; D.J. Evans Phys. Rev. E, 70 (2004), p. 066113

[11] D.J. Evans; D.J. Searles Adv. Phys., 51 (2002), p. 1529

[12] D.J. Evans Mol. Phys., 101 (2003), p. 1551

[13] J. Liphardt et al. Science, 296 (2002), p. 1832

[14] D. Collin et al. Nature, 437 (2005), p. 231

[15] D.J. Searles; D.J. Evans Aust. J. Chem., 57 (2004), p. 1119

[16] R. Lorenz Science, 299 (2003), p. 837

Cité par Sources :

Commentaires - Politique