Entropy production and rectification efficiency in colloids transport along a pulsating channel

Abstract

Estudiamos la rectificación actual de partículas que se mueven en un canal pulsante bajo la influencia de una fuerza aplicada. Hemos demostrado la existencia de diferentes escenarios de rectificación en los que compiten los efectos entrópicos y energéticos. El efecto puede cuantificarse mediante un coeficiente de rectificación que se analiza en función de la fuerza, la frecuencia y el coeficiente de difusión. El coste energético del movimiento de las partículas, expresado en términos de la producción de entropía, depende de la importancia de la contribución entrópica a la fuerza total. La rectificación es más importante a valores bajos de la fuerza aplicada, cuando los efectos entrópicos se vuelven dominantes. En este régimen, la producción de entropía no es invariante ante la inversión de la fuerza aplicada. El fenómeno observado podría utilizarse para optimizar el transporte en dispositivos microfluídicos o en canales biológicos.

We study the current rectification of particles moving in a pulsating channel under the influence of an applied force. We have shown the existence of different rectification scenarios in which entropic and energetic effects compete. The effect can be quantified by means of a rectification coefficient that is analyzed in terms of the force, the frequency and the diffusion coefficient. The energetic cost of the motion of the particles expressed in terms of the entropy production depends on the importance of the entropic contribution to the total force. Rectification is more important at low values of the applied force when entropic effects become dominant. In this regime, the entropy production is not invariant under reversal of the applied force. The phenomenon observed could be used to optimize transport in microfluidic devices or in biological channels.

Estudamos a retificação de corrente de partículas que se movem em um canal pulsante sob a influência de uma força aplicada. Mostramos a existência de diferentes cenários de retificação nos quais efeitos entrópicos e energéticos competem. O efeito pode ser quantificado por meio de um coeficiente de retificação que é analisado em termos de força, frequência e coeficiente de difusão. O custo energético do movimento das partículas, expresso em termos da produção de entropia, depende da importância da contribuição entrópica para a força total. A retificação é mais importante em valores baixos da força aplicada, quando os efeitos entrópicos se tornam dominantes. Nesse regime, a produção de entropia não é invariante sob reversão da força aplicada. O fenômeno observado pode ser usado para otimizar o transporte em dispositivos microfluídicos ou em canais biológicos.