Minimum Entropy Production by Microswimmers with Internal Dissipation

消散 熵产生 物理 熵(时间箭头) 机械 经典力学 推进 统计物理学 热力学
作者
Abdallah Daddi‐Moussa‐Ider,Ramin Golestanian,Andrej Vilfan
出处
期刊:The Open University - Open Research Online [The Open University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2302.07711
摘要

The energy dissipation and entropy production by self-propelled microswimmers differ profoundly from passive particles pulled by external forces. The difference extends both to the shape of the flow around the swimmer, as well as to the internal dissipation of the propulsion mechanism. Here we derive a general theorem that provides an exact lower bound on the total, external and internal, dissipation by a microswimmer. The problems that can be solved include an active surface-propelled droplet, swimmers with an extended propulsive layer and swimmers with an effective internal dissipation. We apply the theorem to determine the swimmer shapes that minimize the total dissipation while keeping the volume constant. Our results show that the entropy production by active microswimmers is subject to different fundamental limits than the entropy production by externally driven particles.

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