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Anomalous Relaxation in Colloidal Systems

Avinash Kumar (Broschiert, Englisch)

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Beschreibung
The thesis presents a systematic study of the Mpemba effect in a colloidal system with a micron-sized particle diffusing in a water bath. While the Mpemba effect, where a system’s thermal relaxation time is a non-monotonic function of the initial temperature, has been observed in water since Aristotle’s era, the underlying mechanism of the effect is still unknown. Recent studies indicate that the effect is not limited to water and has been studied both experimentally and numerically in a wide variety of systems. By carefully designing a double-well potential using feedback-based optical tweezers, the author demonstrates that an initially hot system can sometimes cool faster than an initially warm system. The author also presents the first observation in any system of another counterintuitive effect—the inverse Mpemba effect—where the colder of the two samples reaches the thermal equilibrium at a hot temperature first. The results for both the observations agree with theoretical predictions based on the Fokker-Planck equation. The experiments reveal that, for carefully chosen conditions, a strong version of both of the effects are observed where a system can relax to the bath temperature exponentially faster than under typical conditions.
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Technische Daten


Erscheinungsdatum
24.10.2023
Sprache
Englisch
EAN
9783031132827
Herausgeber
Springer International Publishing
Serien- oder Bandtitel
Springer Theses
Sonderedition
Nein
Autor
Avinash Kumar
Seitenanzahl
125
Einbandart
Broschiert
Autorenporträt
Dr. Avinash Kumar was born in Munger, India and received his integrated BS-MS degree in Physics in 2015 from the Indian Institute of Science Education and Research Kolkata, India. He received his PhD degree in Physics, under the supervision of Prof. John Bechhoefer, from Simon Fraser University, Canada. Currently, Dr. Kumar is a postdoctoral associate in the Department of Cell Biology at the Yale School of Medicine, USA.
Schlagwörter
Mpemba effect, Inverse Mpemba effect, Fokker-Planck equation, Thermal relaxation, Metastability, Free-energy landscape, Feedback traps, Optical tweezers, Virtual potentials
Thema-Inhalt
PHFC - Physik der kondensierten Materie (Flüssigkeits- und Festkörperphysik) TGM - Materialwissenschaft PNRC - Kolloidchemie PHH - Thermodynamik und Wärme PHJ - Optische Physik
Höhe
235 mm
Breite
15.5 cm

Hersteller: Springer, Europaplatz 3, Heidelberg, Deutschland, 69115, ProductSafety@springernature.com, Springer Nature Customer Service Center GmbH

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