Termodinámica de motores brownianos

Resumen

La Tesis trata de los aspectos termodinámicos de diferentes procesos de transporte que tienen su origen en la rectificación de fluctuaciones de no equilibrio. Los tres primeros capítulos están dedicados a los motores brownianos o "ratchets". En el capítulo 1 se presenta una revisión del efecto "ratchet" y sus principales aplicaciones. Los dos capítulos siguientes se centran en la termodinámica de los motores brownianos. Allí se analizan los flujos de energía que se establecen entre las partículas brownianas y los alrededores. Ese análisis depende de la naturaleza de las perturbaciones que desplazan las partículas brownianas fuera del equilibrio. Por ello se clasifican los motores brownianos según las perturbaciones tengan una naturaleza mecánica, química o térmica. Para cada una de esas clases de motores se discuten distintas estrategias que les permitirían funcionar de manera reversible. Además, en el capítulo 2, que trata de motores brownianos isotermos sometidos a perturbaciones mecánicas y químicas, se propone una termodinámica basada en potenciales químicos generalizados que dependen de la posición de las partículas y, en el caso de motores químicos, también de coordenadas internas. Adoptando la hipótesis de equilibrio local, y con la única ayuda de la ecuación de Fokker-Planck y de las ecuaciones de reacción-difusión, se obtiene la producción de entropía de estos motores, y se demuestra que es una cantidad no negativa. De esta forma se comprueba la compatibilidad de la teoría de motores brownianos con la segunda ley de la termodinámica. El capitulo 3 se ocupa del problema del pistón adiabático. Algunos resultados recientes ponen de manifiesto ciertas analogías entre el comportamiento de los pistones adiabáticos y los motores térmicos brownianos. En este capítulo se propone una generalización del problema del pistón adiabático que se puede interpretar como un auténtico motor t