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系統識別號 U0026-0812200915042923
論文名稱(中文) 布朗馬達在週期勢能下受非平衡溫度影響之運動分析
論文名稱(英文) The Kinetic Analysis of Brownian Motor Suffered a Periodic Potential in Nonuniform Temperature
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 97
學期 1
出版年 98
研究生(中文) 黃士誠
研究生(英文) Shi-cheng Huang
電子信箱 n9695144@mail.ncku.edu.tw
學號 n9695144
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 52頁
口試委員 指導教授-黃明哲
口試委員-周榮華
口試委員-趙隆山
中文關鍵字 非平衡溫度  布朗運動 
英文關鍵字 nonuniform temperature  Fokker-Planck equation  Brownian motion 
學科別分類
中文摘要 利用擾動分析來解釋分子馬達的運動行為,在之前已經有很多的研究。然而考慮一個非平衡溫度的條件是比較少被提出來的。因此提出一個擾動分析,而馬達的運動是處在一個非平衡溫度上。
本文使用Fokker-Planck equation 為運動方程式,解出在非平衡溫度下的或然率或機率流,再利用文獻[11] Robust 數值演算法計算切換過程中的運動模式。
採用MATLAB 7 軟體計算上述方程式和數值分析。求得在耦合一個週期性的勢能和一個非平衡溫度下的布朗運動行為,並與文獻[6]之結果比較,有很高的一致性。並討論平均速度和隨機性的影響。再利用改變振幅、溫差和粒子移動距離的模型,來探討每個模型對布朗馬
達運動的平均速度和隨機性的影響。
英文摘要 There are many researches regarding using fluctuation analysis to explain the movement of molecular motor. However there are not so many studies being presented by considering the condition of nonuniform temperature. Therefore provide a fluctuation analysis with the motor
movement which is running under nonuniform temperature.
The Fokker-Planck equation is the governing equation in this paper,it can be used to slove the probability and the probability fiux and it also can be used on calculating working model with potential energy switches between on and off state by Robust numerical algorithm in the reference[11].

This paper used MATLAB7.0 to calculate the equations and the numerical algorithm to analyze.The behavior of Brownian motion in the case of coupling a periodic potential to a nonuniform temperature foeld is further investigated.The results of this study are highly consistent with this of previous studies for the reference[6].Discuss the average velocities and randomness of Brownian motions.By changing the molds of amplitude,temperature difference and particle moves distance to discussthe effects of molds which are average velocities and randomness to Brownian motor kinetic.
論文目次 摘要................................................I
英文摘要............................. .............II
誌謝..............................................III
目錄...............................................IV
圖目錄............................................VII
符號說明...........................................IX
第一章 緒論.........................................1
1-1 前言...........................................1
1-2 文獻回顧.......................................2
1-3 研究動機與目的.................................4
1-4 本文架構.......................................4
第二章 布朗馬達原理簡介.............................6
2-1 布朗運動.......................................6
2-1-1 布朗運動的或然率描述........................7
2-1-2 史摩勒丘司基-費曼棘輪.......................8
2-2 布朗馬達.......................10
2-2-1 布朗棘輪................10
2-2-2 Flashing ratchet...........................11
2-2-3 Diffusion ratchet..........................12
2-3 隨機性........................................12
2-3-1 Rate-limiting..............................13
2-3-2 隨機過程...................................13
第三章 布朗馬達理論模型的建立......................15
3-1 基本原理......................................15
3-2 模型建立......................................15
3-3 數學理論......................................17
3-4 數值演算法....................................18
第四章 結果與討論..................................24
4-1 振幅對運動的影響..............................24
4-1-1 平均速度...................................24
4-1-2 隨機性.....................................25
4-2 非對稱勢能對運動的影響........................25
4-2-1 平均速度...................................25
4-2-2 隨機性.....................................26
4-2-3 加入外力的影響.............................26
4-2-4 不同振幅對的影響...........................27
4-3 溫差對運動的影響..............................27
4-3-1 平均速度...................................27
4-3-2 隨機性.....................................28
4-3-3 不同勢能的影響.............................29
4-4 溫度對運動的影響..............................29
4-4-1 平均速度...................................29
4-4-2 隨機性.....................................30
4-5 滑動距離對運動的影響..........................30
4-5-1 平均速度...................................30
4-5-2 隨機性.....................................32
第五章 結論與未來研究方向..........................33
5-1 結論..........................................33
5-2 未來研究方向..................................34
参考文獻...........................................35
自述...............................................52
圖目錄
圖2-1史摩勒丘司基-費曼棘輪裝置圖...................38
圖2-2布朗棘輪示意圖................................38
圖2-3位能切換之Flashing ratchet....................39
圖2-4溫數變化與週期性位能函數耦合的擴散棘輪........39
圖3-1鋸齒狀傾斜勢能................................40
圖3-2空間離散化的馬可夫鏈..........................40
圖4-1改變振幅 的平均速度...........................41
圖4-2改變振幅 的隨機性.............................41
圖4-3 勢能改變示意圖...............................42
圖4-4改變勢能 的平均速度...........................43
圖4-5改變勢能 的隨機性.............................43
圖4-6加入不同外力的平均速度........................44
圖4-7加入不同外力的隨機性..........................44
圖4-8不同 下比較的平均速度.........................45
圖4-9不同 下比較的隨機性...........................45
圖4-10改變溫差 的平均速度..........................46
圖4-11改變溫差 的隨機性............................46
圖4-12不同 的平均速度..............................47
圖4-13不同 的隨機性................................47
圖4-14改變低溫 的平均速度..........................48
圖4-15改變低溫 的隨機性............................48
圖4-16勢能移動一個 距離示意圖......................49
圖4-17低溫高溫對平均速度的影響.....................49
圖4-18高溫低溫對平均速度的影響.....................50
圖4-19低溫高溫對隨機性的影響.......................50
圖4-20高溫低溫對隨機性的影響.......................51
參考文獻 1. Astumian, R. D. and Bier, M., Mechanochemical Coupling of the Motion of Molecular Motors to ATP Hydrolysis, Biophysical Journal, 70, 637-653 (1996).

2Astumian, R. D. Thermodynamics and Kinetics of a Brownian Motor.Science. 276, 917-922 (1997).

3. Keller, D. and Bustamante C., The Mechanochemistry of
Molecular Motors, Biophysical Jouranl, 78, 541-556 (2000).

4. Elston, T. C., A Marcoscopic Description of Biomolecular
Transport, J. Math. Biol, 41, 189-206 (2000).

5. Le, B. Q., Wang, X. J, Liu, G. T., Wen, D. H., Xie, H. Z., Chen, W., and Liu L. G., Efficiency optimization in a correlation ratchet with asymmetric unbiased fluctuations, Physical Review E. 68, 061105 (2003).

6. Asfaw, M. and Bekele, M., Current maximum Power and Optimized Efficiency of a Brownian Heat Engine, Eur. Phys. J. B 38,457 (2004).

7. Ai, B. Q., Wang, L., and Liu, L. G., Transport reversal in a thermal ratchet, Physical Review E, 72, 031101 (2005).

8. Ai, B. Q., Wang, X. J., Liu, G. T., Wen, D. H., Xie, H. Z., Chen, W.and Liu L. G., Efficiency optimization in a correlation ratchet with asymmetric unbiased fluctuations, Physical Review E, 68, 061105,(2003).

9. Reimann, P., Brownian motors: noisy transport far from
equilibrium, Phys. Rep., 361, 57-265 (2002).



10. Ai, B. Q., Wang, L., and Liu, L. G., Brownian micro-engines and refrigerors in a spatially periodic temperature field: Heat flow and performances, Physics Letters A. 352, 286–290 (2006).

11. Wang, H., Peskin, C. S., and Elston, T. C., A Robust Numerical Algorithm for Studying Biomolecular Transport Processes, J. theor. Biol. 221,491-511 (2003)

12. Oster, G. & Wang, H. How protein motors convert chemical energy into mechanical work. In Molecular Motors, M. Schliwa, ed. 207-228, Wiley-VCH (2002).

13. Parrondo, J. M. R., Blanco, J. M., Cao, F. J. and Brito, R., Efficiency of Brownian Motors. Europhys. Lett. 43, 248-254 (1998).

14. Kelly, T. R., Tellitu, I., and Sestelo, J. P., In search of molecular ratchets. Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 36, 1866-1868 (1997).

15. Sebastian, K. L., Molecular ratchets: verification of the principle of detailed balance and the second law of dynamics, Phys. Rev. E, 61
1937 (2000).

16. Oster, G. and Wang, H., Reverse engineering a protein: the mechano chemistry of ATP synthase., Biochim. Biophys. Acta 1458, 482-510(2000).

17. Barbara J. Gabry, Karol Pesz, and Stanis law J. Bartkiewicz,Brownian motion molecular motors and ratchets, Physica A: 2Statistical and Theoretical Phyaics, 336, 112-122 (2003).

18. Downton M. T., and Zuckermann M. J., Performance characteristics of Brownian motors, CHAOS 15, 026111 (2005).

19.賴冠旭, 生物分子馬達運動分析, 國立成功大學工程科學系碩士
論文, (2006).

20.楊秉凡, 切換速率對布朗馬達運動分析, 國立成功大學工程
學系碩士論文, (2007).

21.陳相慶,布朗馬達於變溫下之運動分析,國立成功大學工程科學
系碩士論文,(2007).

22.鄭羽成,布朗馬達於週期變溫環境下受週期外力作用下運動分析,國立成功大學工程科學系碩士論文,(2008).

23.蕭禎源,布朗馬達在兩狀態間切換之運動分析,國立成功大學工程
科學系碩士論文,(2008).
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2009-01-16起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2009-01-16起公開。


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