双电层相互作用下主动粒子系统的压强

摘要

cqvip:自驱动粒子系统由可以从环境获取能量并转化为主动运动的粒子组成,与经典的被动粒子系统有显著的区别.对于这样的主动系统,是否存在经典的物态方程这一问题引起了广泛的关注.最近的研究以谐振子势场中的主动系统为模型,研究了物态方程的适定性.与之不同,本文探讨了封闭空间的主动粒子系统,在墙壁与粒子间存在双电层相互作用下,系统物态方程存在的条件及具体形式.结果表明,壁面压强与主动粒子的形状有关,当有墙壁施加力矩于主动粒子时,在力矩作用下粒子趋向转向平行于壁面的平衡态,而壁面-粒子相互作用强度增加使平行取向的趋势增强,从而使系统压强降低.此时压强和壁面的关联意味着主动系统没有通用的物态方程.同时讨论了在壁面-粒子相互作用强度极小或极大的情况下压强的形式,通过定义有效温度,给出了主动系统与理想气体类似的物态方程.此外研究发现,对于不同粒子,其形状偏离转动对称性的程度是影响主动粒子压强的关键因素.该结果对当前主动系统热力学性质的研究提供了一定的参考,并为更复杂的相互作用势下研究主动系统的热力学性质提供了基础.