具体实施方式

如本文所用，“工作材料”是热介质，即能够存储或传输热能的介质。工作材料可以包括流体如液体或气体或者固体。例如，热能可以以声子的形式传输或存储。热能可以以位于工作材料内的单个物体的动能或势能的形式传输或存储。例如，所述热能的一部分可以以空气中单个氮分子或氧分子的动能的形式存储或传输。热能也可以经由原子间势能存储或传输。热能还可以以原子的电子的动能或势能的形式存储在单个原子或分子中。真空也可以被认为是热介质，因为它能够传输和存储热能。例如，能量可以以光子的形式传输或存储。

“物体”是介质的成分，即工作材料的组成部分或不同元素。物体可以被描述为颗粒例如晶体、灰尘颗粒或气溶胶。物体也可以是分子例如空气分子、双原子氮分子、水分子或大分子例如巴克敏斯特富勒烯(buckminsterfullerene)。物体的其他示例是亚原子粒子例如电子、核、中子或质子。物体也可以是准粒子例如半导体中的空穴。物体也可以是波例如声子或光子。物体也可以是较小物体的集合，就像分子的情况一样。

默认情况下，“基线情况”是工作材料处于标准压力和标准温度且在其他方面不受干扰的情况。例如，当工作材料是空气或水时，基线情况下的工作材料的特性是指各自在标准压力和标准温度下的空气或水的特性。

根据本发明的一些实施方式，工作材料被配置成使得可以通过激活体积力生成装置或“BFGA”来修改恒定体积下的比热容。BFGA被配置成使每单位质量的体积力的平均大小或方向相对于基线情况发生变化，其中对于位于工作材料内的多个物体的至少一部分，每单位质量的体积力作用于一个物体的至少一部分上。物体的一部分可以是分子的一部分，例如分子的单个电子或单个原子或单个核。

考虑以下说明性示例。在本发明的实施方式的子集中，BFGA被配置成在物体的至少一部分上施加每单位质量的体积力。例如，BFGA可以被配置成生成磁场，并且工作材料中的各个物体可以以净磁偶极子为特征。由于在此示例中由BFGA施加至工作材料的外部磁场，工作材料中物体的磁偶极子会经历净磁矩，并且在实施方式例如其中磁场不均匀的实施方式的子集中会经历净磁力。注意，可以通过作用在物体的一部分例如分子的电子或核上的磁力生成磁矩，其中力的作用线不穿过分子的质心。因此，通常，由于BFGA的作用，磁力作用在物体的至少一部分上。通过修改外部磁场的强度和形貌，BFGA可以修改作用在工作材料中的物体上的每单位质量的体积力。除非另有说明，否则本文中使用的术语“外部磁场”是指物体的外部或物体的一部分的外部的任何磁场。因此，外部磁场也可以由被磁化的工作材料中的相邻物体或物体的相邻部分生成。例如，作用在工作材料中的电子自旋上的外部磁场可以源于工作材料中的相邻电子自旋生成的磁场。例如，在伊辛(Ising)模型中描述了这种情况。作用在电子自旋上的外部磁场也可以源于永磁体或流过正常传导导线或超导导线的电流，其中导线或永磁体可以位于工作材料的外部、工作材料附近或嵌入工作材料内。外部场的后一种形式，即由位于工作材料外部或嵌入工作材料内的磁场生成装置生成的场被称为“附加场”。外部场的前一种形式，即由工作材料中的相邻物体或物体的一部分生成的场被称为“本征场”。注意，附加场可以感应本征场，或修改本征场的大小或磁场强度。例如，附加磁场可以感应或修改工作材料内的本征磁场的强度，这会修改工作材料中单个物体感知到的总外部磁场的大小，或者修改物体经历的每单位质量的体积力的平均大小。例如，本征磁场强度的感应或修改可以顺磁性地、铁磁性地或抗磁性地发生，并且例如可以通过BFGA的激活来促进。

在其他实施方式中，BFGA本身不需要在物体上施加每单位质量的力。例如，BFGA的激活可以包括介质中至少一个物体的电离，这导致所述物体携载的平均电荷的修改，以及作用在所述物体和相邻物体上的原子间力的平均大小的修改。在该示例中，BFGA的激活或作用包括单个物体的环境的特性的修改和/或单个物体的特性的修改，这导致单个物体所经历的每单位质量的体积力的修改。类似于上述作用在磁偶极子上的附加磁场和本征磁场，BFGA的激活可以生成或修改作用在带电荷物体或电极化物体上的附加电场或本征电场。在此示例中，BFGA施加的附加电场可以使物体正电离或负电离，这转而可以修改物体感知到的本征电场，或者修改物体所经历的每单位质量的体积力的平均大小。如下所述，可以以各种方式通过BFGA的激活来生成或修改每单位质量的体积力。

BFGA被配置成修改工作材料的宏观热力学特性，例如工作材料的比热容。例如，比热容可以指恒定体积下的比热容，或恒压下的比热容，或比热容的比率。比热容的比率是恒定压力下的比热容与恒定体积下的比热容的比率。工作材料的比热容、例如恒定体积下的比热容是受激发的自由度(excited degrees of freedom)或“EDOF”的数目以及每个自由度的激发度(degree of excitation)或“DE”的函数。通过改变作用在工作材料中的至少一个物体的至少一部分上的每单位质量的体积力的平均大小或方向，BFGA的激活可以被配置成修改工作材料中的至少一个物体的EDOF的数目或工作材料中的至少一个物体的至少一个DOF的DE。在一些实施方式中，该修改被配置成增加EDOF的数目。在其他实施方式中，该修改被配置成减少EDOF的数目。在一些实施方式中，该修改被配置成修改DOF的DE，其中修改可以是DE的增加或降低。本发明适用于可以被认为包括不同物体的任何介质或工作材料，其中可以通过EDOF修改装置或者通过激活或停用BFGA来修改工作材料内的至少一个物体的EDOF的数目或至少一个EDOF的激发度。

例如，如量子力学所述，受激发的自由度或“EDOF”是不能被认为已经冻结的介质或工作材料的物体的自由度。例如，室温下的双原子氧分子可以被认为具有五个EDOF，其中包括：三个与分子质心在笛卡尔惯性系的三个方向上运动的平移动能相关联的EDOF，以及两个与分子绕垂直于分子长轴且彼此垂直的两个轴旋转的旋转动能相关联的EDOF。注意，在这种情况下，其他DOF可以被认为是在室温下被冻结。这些冻结的DOF包括两个与两个原子在原子间势中相对于彼此的振动运动相关联的DOF，即平移动(kinetic)DOF和势(potential)DOF。可以将势定义为相对于指定参考点的位移上的每单位质量的体积力的值的积分。另一冻结的DOF是与绕分子长轴的旋转相关联的旋转动DOF。这是与DOF相关联的能量的允许值被量化的结果。给定DOF的相邻能量状态之间的能量差的增加或物体的温度的减少可以减少给定DOF内物体能够获得的能量状态的数目，这可以减少与DOF相关联的物体的平均能量的部分，即减少DOF的比热容。

在本文中将与DOF相关的预期能量不可忽略的温度表示为“转变温度”。在指定DOF的转变温度之上的温度下，DOF可以被视为EDOF。注意，随着介质温度逐渐升高超过转变温度，特定DOF中的物体的预期能量会逐渐增加。在转变温度之上的足够大的温度下，特定DOF中的物体的预期能量接近均分定理所预测的能量。因此，可以根据在特定温度下特定DOF中的物体的实际预期能量与如该均分定理所预测的与该DOF相关联的预期热能之比来量化“激发度”或“DE”。默认情况下，如本文所用，转变温度对应于激发度为0.01的温度。综上所述，随着温度从零增加到给定DOF的转变温度，DOF被视为“冻结”，如本文所用。随着温度进一步升高到转变温度之上的水平，所述DOF的激发度从零逐渐增加到介于零与一之间的值，并且DOF被认为是EDOF。随着温度进一步升高，激发度接近一，并且EDOF中的平均能量接近对于所述DOF的均分定理所预测的能量。注意，均分定理是来自古典物理学的理论。

考虑前述示例，其中物体包括永久或感应的磁偶极子，并且其中BFGA的激活包括工作材料内的磁场强度的修改。为简单起见，考虑以下情况：外部施加的场贯穿工作材料在大小和方向上基本上是均匀的。通常以及在其他实施方式中，场强和方向不需要是均匀的，只要场强具有足以实现给定DOF的期望DE的大小即可。在此示例中，将工作材料视为双原子气体，例如氧气。如上所述，室温下的双原子气体包括大约5个与三个平移动DOF和两个旋转动DOF相关联的EDOF，其中旋转是绕垂直于分子的长轴并且彼此垂直的两个轴。在该示例中，物体是双氧分子。

在这种情况下，外部施加的磁场可以生成绕分子的质心的力矩，对于该力矩，物体的磁偶极轴或极化轴或净磁矩矢量或净自旋不与磁场线对准。此力矩是在导致体积力的作用线不一致的位置和取向上由作用在分子的一部分例如电子和电子的一部分上的每单位质量的体积力生成的。由于力矩作用在偶极轴不与外部施加场对准的分子上，因此偶极轴的旋转可以与针对外部施加场或通过外部施加场做的功相关联，这可以改变分子的势能。该旋转可以根据绕彼此垂直的两个轴和偶极轴的旋转来表示。因此，外部施加的电场或磁场向分子的DOF增加了两个振动模式。实际上，BFGA被配置成激发两个附加的旋转势DOF。这些附加旋转势DOF的DE是分子几何形状和分子的温度或平均能量的函数。为简单起见，考虑以下假设情况：磁偶极轴包括平行于分子的长轴的基本分量。在这种情况下，分子的与围绕垂直于分子的长轴且彼此垂直的两个轴的旋转对应的两个现有旋转动EDOF与由BFGA外部施加的磁场生成的两个附加旋转势DOF一致。在一些实施方式中，可以以将两个附加旋转势DOF的DE增加到大于激发阈值的值的方式配置外部施加的场的强度。换言之，两个旋转势DOF的转变温度可以被人为地减少到工作材料的当前温度之下的值。可以调节由BFGA的激活生成的磁场，以便以附加旋转势DOF被激发即变成EDOF的方式来修改附加旋转势DOF的DE。例如，当磁场强度从零增加到非零值时，BFGA的激活会导致工作材料的EDOF总数从基线情况下的5增加到7。这可以增加工作材料在恒定体积下的比热容和在恒定压力下的比热容，并且减少比热容的比率。

在磁偶极轴包括垂直于分子长轴的基本分量的假设情况中，两个附加旋转势DOF之一平行于分子的长轴，并且另一附加旋转势DOF垂直于分子的长轴和偶极轴。由于在此示例中平行于分子的长轴的旋转动DOF处于冻结状态，因此相应的附加旋转势DOF也处于冻结状态。在这种情况下，由于磁场强度从零值增加到非零值，因此例如可以采用BFGA的激活将工作材料的EDOF的总数从基线情况下的5增加到6。

对于一些实施方式，也可以采用外部施加的磁场来修改现有的DOF的DE或EDOF。在上述示例的继续中，考虑如下情况，其中BFGA的激活以如下方式被配置：工作材料内的磁场强度进一步提高，即超出附加旋转势DOF被激发即EDOF的水平。当磁场强度足够强时，工作材料中给定平均能量的物体可用或可达到的能量状态数目会减少，其中能量状态在受影响的旋转DOF即受外部磁场影响的DOF中。物体可用的能级数目的减少可以被认为是由于在简化模型中的受影响的DOF中的物体的刚度增加、弹性常数增加或自然频率增加所致。在此简化模型中，受影响的旋转势和相应的动DOF中的物体被视为旋转简谐振子。在该模型中，相邻能级之间能量差的大小与固有频率成比例，而固有频率又与弹性常数的平方根成比例。对于给定的物体的平均总能量，所述相邻能级之间能量差的大小的增加导致给定DOF中的物体中所占据、可用或可达到的平均能级数目的减少。这减少了给定DOF中所述物体的平均能量，从而减少了在给定DOF中存储的或与给定DOF相关联的物体的总平均能量的部分。因此，外部施加的磁场的场强的增加可以减少受影响的DOF的激发度，并且当磁场足够强时，导致受影响的DOF的冻结。这会增加受影响的DOF的转变温度，其中转变温度可以在工作材料的温度之下或之上。

在上述施加至双原子气体的外部磁场的示例中，物体的磁偶极矩平行于长轴。如上所述，磁场可以使工作材料的EDOF总数从基线情况下的5增加到7。然而，当磁场进一步增加时，两个附加旋转势DOF的DE减少，这还减少了相应旋转动DOF的DE。在其他条件不变的情况下，受影响的DOF的DE的减少会导致恒定体积和恒定压力下的比热容减少，并且增加比热容的比率。随着磁场的进一步增加，EDOF的DE可以减少到这样的程度，即由于两个附加旋转势DOF和两个相应的旋转动DOF的冻结，工作材料的EDOF的总数可以从7减少到3。

在另一示例中，考虑其为固体的工作材料。可以将固体的比热容视为包括声子贡献、电子贡献、磁性贡献和核贡献。声子贡献是由于固体中原子的晶格振动。在典型的固体工作材料中，物体即固体中的原子或分子的DOF总数包括三个平移动DOF和三个相关联的平移势DOF。势DOF源自作用于固体工作材料的相邻原子或分子之间的原子间或分子间力。在足够高的温度下，所有六个DOF通常都处于激发态。随着温度减少到零，这些DOF的DE逐渐降低到接近零的值。核的热容——其还可以包括平移或旋转动DOF以及平移或旋转势DOF——也以上述核贡献的形式有助于固体的总热容。工作材料中的电子的热容也有助于固体的总热容。如索末菲(Sommerfeld)模型所示，费米-狄拉克(Fermi-Dirac)统计描述了一部分电子对热容的贡献，其中电子的热容在温度上大致呈线性。磁性对工作材料的热容的贡献可以包括例如电子自旋、电子轨道角动量或原子核的自旋。例如，考虑铁磁材料。这些材料在居里温度之下是铁磁性的，在居里温度之上是顺磁性的。在这样的材料中，对热容的磁性贡献通常包括两种类型的热容。一种类型是自旋波的磁热容，所述自旋波包括磁振子。这种对热容的贡献在铁磁状态下是不可忽略的，并且通常随着温度的降低而降低。另一种类型是由于磁偶极子的单个自旋DOF例如不成对电子的自旋引起的磁热容。可以通过伊辛模型来估算对热容的贡献。在此模型中，物体的比热容通常相对于居里温度对称，并且随居里温度之下的温度的增加而以增加的速率增加，并且随居里温度之上的温度的增加而以降低的速率降低。由于这两种类型的磁性比热容的温度依赖性，与铁磁性材料中的物体的磁自旋DOF相关联的比热容的部分通常在居里温度下最大。在一些实施方式中，在标称操作期间工作材料的平均操作温度在工作材料的平均居里温度附近。在一些实施方式中，平均操作温度在平均居里温度的20％以内。在其他实施方式中，平均操作温度可以在相对于工作材料的居里温度的任何温度，只要BFGA的激活可以导致在标称操作期间恒定体积或恒定压力下的比热容的修改。注意，居里温度是压力的函数，通常随着压力的升高而升高。在一些实施方式中，平均操作温度低于外部环境诸如外部环境414的温度。例如，外部环境可以是地球大气。例如，在本发明的一个实施方式的标称操作期间，外部环境的温度可以是300开氏度。为了获得热量从外部环境流到工作材料的期望速率，工作材料的平均温度可以是200开氏度。在这种情况下，对于一些实施方式，工作材料可以包括铁磁性材料，例如对于该铁磁性材料，居里温度在160开氏度至240开氏度之间。例如，一种这样的材料是居里温度约为219开氏度的铽。

注意，如上所述，工作材料的居里温度可以通过掺杂和通过外部施加的压力来修改。因此，可以修改工作材料的居里温度以使其与工作材料的平均操作温度大致匹配，从而可以使对工作材料的比热容的磁性贡献的成分最大化，该工作材料的比热容可以通过激活BFGA来修改。换言之，居里温度可以通过外部压力偏置或通过其他机制例如掺杂进行特殊配置，以使工作材料的比热容变化最大化，而BFGA的激活可以促进这种变化。可以通过致动装置诸如致动装置403或被配置成修改工作材料的平均压力的单独的致动装置来施加压力偏置。也可以通过工作材料的套管例如套管装置410来施加压力偏置。例如，可以在制造过程中施加压力偏置。在这种情况下，可以认为套管在标称操作期间已被预加应力或处于平均应力之下。

尽管比热容的磁分量在相转变例如铁磁性与顺磁性之间的转变下通常较大，但磁分量在居里温度以上和以下的温度下通常也是不可忽略的。因此，在标称操作期间，工作材料的平均操作温度通常不必接近工作材料的平均居里温度。

注意，在没有磁场的任何温度下，工作材料的比热容不需要包括不可忽略的磁分量。如所述的，BFGA的激活水平的修改可以感应工作材料的比热容的磁分量。换言之，BFGA可以为工作材料的总热比热容贡献磁分量。工作材料中具有磁偶极子的物体所经受的足够强的磁场也可以修改对工作材料的比热容的非磁性贡献。例如，如前所述，足够强的磁场可以减少物体的旋转动力学DOF的DE。

注意，为给定应用选择合适的工作材料包括对该应用中材料性能的理论或实验评估，该材料性能是很多材料属性——例如在标称操作期间由于BFGA的激活引起的在恒定体积下的比热容的差的大小——的函数。适合的工作材料的选择不限于并且不必包括材料的居里温度的评估。注意，材料在给定温度下的磁热效应的大小和符号只是工作材料适用于给定应用的粗略指示。

在该示例中，考虑工作材料是固体的实施方式，其热容的实质部分由物体即电子轨道、电子、和核的磁自旋提供。这样的材料的示例是铁磁性或顺磁性材料，如铁、钴或镍。这样的材料特别适合于通过经由BFGA的激活施加或修改外部磁场来修改比热容。如前面的段落所述，例如，外部磁场的施加可以增加磁偶极子例如电子自旋的旋转势DOF的DE。当外部磁场强度足够强时，外部磁场还可以减少以磁偶极子为特征的物体例如电子的旋转势DOF和任何相关联的旋转动力学DOF的DE。随着磁场进一步增加，这可以导致这些磁性物体的受影响的DOF的冻结。如所述的，在其他条件不变的情况下，前述通过施加足够强的磁场使受影响的DOF的冻结可以导致在恒定体积和恒定压力下的比热容的降低，并且增加比热容的比率。

注意，一般而言，外部磁场的施加的作用不必限于旋转动力学和势DOF，而是还可以应用于其他DOF，例如物体如电子的平移动力学DOF。后者在电子轨道角动量受外部施加的磁场影响的场景下可能受到影响，例如在抗磁性材料中就是这种情况。一般而言，BFGA的激活可以用于本发明的实施方式的子集中，以便修改物体的至少一个DOF的DE。BFGA的激活可以包括固有或附加磁场的修改，这可以有助于作用在物体上的每单位质量的磁体积力的平均大小或方向的修改，这转而可以修改受影响的DOF的DE，这可以用来修改工作材料的比热容的磁分量，并从而修改工作材料的总比热容。

由于足够强的外部施加的磁场引起的工作材料中的物体的DOF的激发度的前述减少的示例也被称为磁热效应。该效应用于例如绝热去磁制冷。如本文中使用的，“磁热效应”用来指由于工作材料内的磁场的修改而引起的工作材料在恒定体积下的比热容的修改，其中修改可以指随着工作材料内的磁场强度的增加在恒定体积下的比热容的增加或降低。如本文中使用的，正符号磁热效应是指与工作材料内的磁场强度的增加相关联的在恒定体积下比热容的降低。相应地，如本文中使用的，负符号磁热效应是指与工作材料内的磁场强度的增加相关联的在恒定体积下比热容的增加。注意，如文献中使用的，磁热效应通常与本文中被称为正符号磁热效应的效应相关联。

在本发明的实施方式中可以采用多种工作材料，其中工作材料的比热容被磁性地修改。如所述的，工作材料可以包括顺磁性或铁磁性材料以及抗磁性或亚铁磁性材料。一般而言，本发明的实施方式的子集中可以采用其中总比热容或组合比热容包括磁性贡献或磁分量的任何材料作为工作材料或其成分。在磁制冷领域中，已知比热容包括大的磁分量的一些材料。例如，已知Gd₅Si₂Ge₂以及其他材料如PrNi₅会表现出磁热效应，如2019年1月20日访问的https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_refrigeration所描述的。如所述的，诸如铁、钴、镍或钆的铁磁性材料也是合适的工作材料。诸如锂、钠、铝、气态氧和液态氧的顺磁性材料以及高于居里温度的铁磁性材料也可以用作工作材料。在足够强的磁场生成装置的存在下，诸如水、石墨、氮气或二氧化碳的抗磁性材料也可以用作工作材料。

注意，工作材料不必是如前面示例中的固体，而是也可以是诸如液体或气体的流体。例如，工作材料可以包括气态锂或氧。在一些实施方式中，工作材料可以包括活性材料和钝化材料。活性材料定义为比热容可以通过BFGA的激活来修改的材料。钝化材料为不需要通过BFGA的激活而经受比热容变化的材料。活性材料可以嵌入钝化材料中。例如，活性材料可以是小颗粒、尘埃颗粒、气溶胶或晶体。在钝化材料的子集中，活性材料也可以溶解在钝化材料中。在一些实施方式中，例如，活性材料可以是铁或钆，并且钝化材料可以是空气、水或诸如油的碳氢化合物。

在一些实施方式中，固体颗粒诸如灰尘颗粒或气溶胶可以悬浮在液体中。工作材料包括例如胶体。在一些实施方式中，固体颗粒或液体颗粒可以悬浮在气体中。

在一些实施方式中，活性材料可以结合至其他材料，例如配体，以保持活性材料的分离物体之间的分离。这可以防止活性材料的原子或分子彼此结合，并从而使它们自身与钝化材料分离。例如，这可以防止铁原子形成固体，并从而变成与液体或气态钝化材料分离。因此，相对于活性材料未结合至配体而其他一切均为恒定的基准场景，可以保持活性材料的期望的相。例如，期望的相可以是流体相。在一些实施方式中，为流体的工作材料可以有利于为固体的工作材料。例如，在采用强制对流的实施方式中，可以提高工作材料与第二材料例如外部储存体之间的热传递速率。在这样的实施方式中，工作材料可以从诸如内室401的内室被泵送穿过图1所示的热力循环上的站356与站352之间的单独热交换器。以强制对流泵送工作材料穿过热交换器、使用特别配置的热交换器、以及使用具有期望的磁热属性的另外的固体活性材料，可以提高外部环境414与工作材料之间的热传递速率。在其他条件不变的情况下，这与工作材料仅包括固体活性材料的实施方式相比，转而可以增加由这样的实施方式产生的功率。

使用配体保持活性材料的原子或分子与钝化材料之间或者活性材料的相邻原子或分子之间的分离也可以增加活性材料的物体可用的DOF的数目。例如，当与活性材料的基准场景相比时，配体与活性材料的结合可以为活性材料提供与原子或分子的旋转以及原子或分子的永久或感应磁偶极子在磁场中的取向相关联的附加旋转动力学和势DOF。响应于BFGA的激活，这可以进一步增加工作材料的比热容的变化的大小。

除了上述处于流体相的工作材料的益处之外，还可以存在处于气相的工作材料的益处。气相的工作材料通常以较大的可压缩性为特征，这可以提高致动装置诸如致动装置403的功效或效率。例如，增加的可压缩性可以在标称操作期间增加冲程长度并且减少活塞404上的力的平均和峰值大小。这可以减少由于结构变形引起的损失，减少体材料的量，并且减少致动装置和其他受影响部件上的磨损。这也可以增加可以在本发明的实施方式中采用的适合的致动器类型的数目。适合的致动器类型的更多选择可以提高致动装置的效率，并且减少其复杂性和成本。

图3A至图3H示出了用于示例性操作方法的本发明的一个实施方式在不同时间点的截面图。

在图3A至图3H中，内区域401包括工作材料。如所述，工作材料可以包括气体。工作材料也可以包括液体。工作材料也可以包括固体。工作材料还可以包括嵌入流体中的固体，例如悬浮在气体或液体中的固体晶体，或键合至配体并因此悬浮在流体中的其他固体材料的原子。

在图3A至图3H中，工作材料包括在标称操作期间在热力学循环例如图1所示的热力学循环的至少一部分期间携载净磁偶极子的物体。例如，诸如分子的物体的磁偶极子可以包括来自电子的轨道角动量、电子的自旋或核的自旋或角动量的贡献。

物体的磁偶极子可以例如是永久偶极子。如顺磁性材料中的分子如气态或液态氧分子、铁磁性材料中的分子如铁、钴或镍分子所例示的，永磁偶极子可以由分子中电子自旋的对准产生。注意，铁磁性材料在居里温度之上会变成顺磁性。如对于其所有电子自旋都成对的单态氧所例示的，永磁偶极子也可以由电子的轨道角动量产生。

物体的磁偶极子也可以是由外部施加的磁场感应的感应偶极子。如抗磁材料例如硅或锗中的分子所例示的，感应磁偶极子可以源自由外部施加的磁场对电子的轨道角动量的修改。感应磁偶极子也可以源自由外部施加的磁场对分子中的电子的自旋对准的修改。注意，诸如分子的物体的净磁偶极子既可以包括永久分量也可以包括感应分量。

在图3A至图3H中，工作材料的恒定体积下的比热容包括不可忽略的磁分量。通常，工作材料以如下方式配置：其中，工作材料的在恒定体积下的比热容的大小是在标称操作期间的热力学循环的至少一部分期间BFGA的激活水平的函数。换言之，在标称操作期间的热力学循环的至少一部分期间，可以采用BFGA激活水平的修改来修改工作材料的在恒定体积下的比热容。

为了描述的简洁和清楚，图3A至图3H和图1中的工作材料可以包括顺磁性气体，例如空气或氧气。为了简单起见，将该气体视为理想气体。在图1和图3A至图3H的背景下描述的本发明的原理也适用于其中工作材料是液体或固体的实施方式。这样的实施方式在本发明的范围内，并且将不进一步详细描述。注意，与在图3A至图3H和图1的背景下描述的工作材料相比，对于其他工作材料，该工作材料的磁热特性可以更加明显。换言之，在实践中，与在图3A至图3H和图1所示示例的背景下描述的工作材料相比，其他工作材料可以更好地适用于给定的应用，因为这些示例旨在说明操作原理。适合性可以是例如如下程度的函数，可以用来修改在标称操作期间在热力学循环的至少一部分期间工作材料的在恒定体积下的比热容的对BFGA的激活水平的修改。工作材料的其他候选已在前面的段落中进行了描述，或者可以由本领域普通技术人员为给定的应用容易地选择。

在图3A至图3H中，具有内表面402的内区域401在形状上为圆柱形，当沿平行于页面底部的边缘的水平方向观察时具有圆形截面。该方向也称为X方向。Y方向在页面的平面中并且垂直于X方向。在其他实施方式中，内区域的截面几何形状可以是椭圆形的。在其他实施方式中，内区域的截面几何形状可以是环形(annular)或环状的(ring-shaped)。在其他实施方式中，截面几何形状可以是例如正方形或矩形。在一些这样的实施方式中，矩形或正方形的截面几何形状以圆角为特征。

套管装置410被配置成向实施方式400的内室401和其余部分提供结构支撑。套管装置410的体材料411可以包括金属，例如铝或铁。体材料411还可以包括复合材料，例如玻璃纤维或碳纤维。

压缩装置被配置成能够对工作材料做功。在图3A至图3H所示的简化实施方式400中，压缩装置由致动装置403实现，该致动装置包括活塞头404和活塞轴407，这两者当沿X方向观察时均具有圆形截面。在其他实施方式中，压缩装置可以包括涡轮机械，例如轴流式压缩机或离心式压缩机。在一些实施方式中，压缩装置还可以包括被配置成使自由流流体流(free stream fluid flow)减速和压缩的管道。

膨胀装置被配置成允许工作材料对膨胀装置做功。在图3A至图3H所示的简化示例中，膨胀装置也由致动装置403实现。在其他实施方式中，膨胀装置可以包括涡轮机械，例如轴流式涡轮机或离心式涡轮机。在一些实施方式中，膨胀装置还可以包括被配置成使工作材料加速和膨胀的管道。

致动装置403还包括致动器409，该致动器被配置成对活塞轴407做功，并且允许活塞轴407对致动器做功。

存在多种致动器类型和架构，其可以促进活塞与套管装置410之间的相对运动。例如，致动装置403可以是液压致动器。液压流体的泵送例如可以通过电动泵来提供。例如，在飞行器控制面的致动中采用这种致动器。泵也可以以如下方式配置：工作材料的膨胀以及活塞404和活塞杆407相应地缩回到槽408中以及液压流体的相应位移可以对泵做机械功。换言之，在一些实施方式中，泵可以被配置成作为涡轮操作。泵可以是往复式活塞式的，例如，其中曲轴由常规的旋转电机驱动，并且其中要压缩或膨胀的流体是液压流体。当泵作为涡轮机操作时，液压流体可以对泵的曲轴做功，从而将机械功率递送至电机。在这种操作模式下，电机可以作为发电机操作，将液压流体对泵做的机械功转换成电能。因此，致动装置403可以被配置成对工作材料做功，并且允许工作材料对致动装置403做功。在其他实施方式中，前述液压流体泵可以包括与旋转电机相对照的线性电机，其中线性电机被配置成感应液压活塞轴的平移运动。线性电机可以被配置成既对轴做功，又允许轴对线性电机做功。可以采用多种其他配置或类型的液压致动器。例如，与往复式活塞泵相对照，液压泵可以是旋转泵，例如摆线盖劳特(cycloidal gerotor)泵。

在其他实施方式中，可以采用电动致动器。例如，旋转电机可以被配置成驱动千斤顶螺丝，该千斤顶螺丝继而可以以直接驱动配置感应活塞头404在X方向上的平移运动。电机可以被配置成能够对活塞404且因此对工作材料做机械功。电机可以被配置成能够允许活塞并且从而允许工作材料对电机做功。在该配置中，电机可以被视为作为发电机操作，该发电机将机械功转换成电能。该电能可以存储在蓄电单元诸如电池、电容器或电感器中。电能也可以被递送至电路例如微芯片、计算机、智能手机或天线。在一些这样的实施方式中，当期望活塞相对于套管装置410静止时，可以采用摩擦制动器或离合器来防止螺杆的旋转。在一些这样的实施方式中，可以采用扭转弹簧例如螺旋弹簧来在螺杆上施加扭矩偏置。可以以使电机的效率最大化的方式来配置偏置。例如，扭转弹簧的平均扭矩可以被配置成大致匹配在标称操作期间需要施加至螺杆的平均总扭矩。这可以减少在活塞404的平移期间由电机施加至螺杆的扭矩的平均大小，这可以提高在标称操作期间电机的效率。在一些实施方式中，旋转电机可以经由齿轮系机械地耦接至活塞404的轴407。齿轮系例如可以包括行星齿轮。在一些实施方式中，例如在其中工作材料的刚度大或者压缩性低的实施方式中，如可以是液体或固体工作材料的情况，齿轮系可以被配置成随着电机的功率被递送至活塞头404而增加扭矩并且减少旋转的角速度。在工作材料是可压缩的情况下，例如可以是气态工作材料的情况，齿轮系可以被配置成在从电机到轴407的整个机械耦接中减少扭矩并且增加旋转角速度。齿轮系还可以被配置成将电机的旋转运动转换成轴407的平移运动。这可以通过例如齿条和小齿轮组或上述千斤顶螺丝的旋转来实现。

在另一示例中，可以采用线性电机以直接驱动配置对轴407做功。例如，轴407可以包括海尔贝克(Halbach)阵列的永磁体，并且致动器409可以包括电磁体，其中电磁体被配置成感应在X方向上平移的磁场，从而感应沿X轴对轴407和活塞头404的力以及轴407和活塞头404沿X轴的平移。电机可以被配置成能够对活塞404做机械功并且因此对工作材料做机械功。电机可以被配置成能够允许活塞并且从而允许工作材料对电机做功。在该配置中，电机可以被视为作为发电机操作，该发电机将机械功转换成电能。如在前述旋转套管中一样，线性弹簧可以位于槽408中并且被配置成在轴407上施加力。可以以使线性电机的平均效率最大化的方式来配置线性弹簧。例如，通过这样的线性弹簧施加至轴407的平均力可以大约等于在标称操作期间由轴407施加在活塞头404上的平均总力。这可以减少在活塞404的平移期间由线性电机施加至轴407的力的平均大小，这可以提高在标称操作期间电机的效率。

在一些实施方式中，致动装置403可以包括磁芯螺线管致动器。例如，螺线管致动器的衔铁可以牢固地连接至活塞404的轴407，并且被配置成在活塞沿负X方向移动期间对活塞做功，并且允许活塞对衔铁做机械功，其中机械功的至少一部分通过磁感应的电动势在螺线管的电绕组中被转换成磁能然后被转换成电能。

在其他实施方式中，致动装置403可以采用压电材料，例如锆钛酸铅或PZT。例如，压电致动器可以以其中压电致动器材料与工作材料直接接触的直接耦合配置被采用。由于在压电材料中由于施加外部电场而生成的应变通常很小，因此直接驱动配置适用于可压缩性低或刚度大的工作材料，如可以是固体或液体工作材料的情况。在直接驱动配置中，压电材料既是致动器409又是活塞404。换言之，压电材料可以占据由套管410封闭的容积的一部分，并且被配置成由于外加电场的作用而膨胀和收缩，从而对周围的工作材料做功，并且允许周围的工作材料对压电材料做功。注意，通常，压电材料可以占据被套管410包围的体积的任何部分即体材料411，并且通常可以在该体积内采取任何形状。注意，体材料411的刚度需要足够大，以便将由于体材料411的弹性结构变形引起的性能损失减少到可接受的水平。例如，在通过增加外部施加的电压来使压电材料膨胀的情况下，可以对工作材料做功。在这种情况下，通过压电材料的驱动将电能转换成机械功。类似地，通过减少施加至压电材料的电压，可以允许工作材料对压电材料做功。在这种情况下，机械功被转换成电能。电能可以通过适当配置的电路被递送至压电材料并从压电材料中回收。这样的电路可以例如包括电压转换器、晶体管和电容器，并且这样的电路例如在压电致动器和压电能量收集领域中是众所周知的。

在其他实施方式中，压电材料不需要以直接耦合配置来使用。例如，平移或旋转的压电马达可以被配置成对工作材料做功，并且允许工作材料对压电马达做功。例如，这些马达可以以与上述线性电机和旋转电机类似的方式机械地耦接至活塞404。例如，平移或旋转压电马达可以采用振动或共振效应，以便感应轴例如轴407或齿轮系的轴的旋转或平移。在另一示例中，压电步进马达可以感应所述轴的旋转或平移。在另一示例中，压电致动器可以经由机械联动装置耦接至活塞404，该机械联动装置可以被配置成将压电致动器以大力的小位移转换成活塞在X方向上以小力的大位移。机械联动装置可以包括被配置成弹性地变形的挠性接头，或者包括滑动接头或旋转接头，例如包括滚珠轴承的接头。

在一些实施方式中，致动装置403可以采用压电材料，例如Fe₂O₃或二氧化铀。在压电材料中，可以通过修改材料内的磁场来产生压电材料的应变变化或形状变化。压电材料可以被配置成通过向压电材料施加磁场来对工作材料做机械功。类似地，工作材料可以通过使压电材料变形来对压电材料做功。例如，压电材料的变形可以感应出磁场，该磁场的能量可以被转换成电能，其中该转换可以通过电磁体进行。因此，可以以与如前所述的压电材料类似的方式来操作压电材料。

在图3A至图3H中，BFGA包括被配置成修改内室401内的磁场强度的磁场生成装置415。在所示实施方式中，磁场生成装置包括若干圆形电导体或导线，例如导线416、417、419或420。在该简化实施方式中，磁场生成装置415也可以被描述为螺线管电磁体。在该实施方式中，诸如导线417的每条导线都是超导导线。在其他实施方式中，导线可以正常地导电，例如铜线或银线。在这样的实施方式中，由于导线内电流的电阻引起的功率损耗包括热分量，例如由于焦耳热引起的分量。在一些实施方式中，由于在导线内的电阻而在导线内生成的热能的至少一部分可以被传递至内室401内的工作材料，其中例如可以经由热传导发生热能的传递。以这种方式，在磁场生成装置的导线中生成的热能的一部分可以被递送至工作材料，并因此有助于贯穿标称操作期间的一个热力学循环递送至工作材料的总热能。当热力学循环被配置成将热能转换成有用的能量，例如电能或机械能时，可以回收在磁场生成装置的导线中损失的一部分电能。在这样的实施方式中，体材料411的在导线诸如导线416与内室401内部的工作材料之间的部分以大的导热率为特征可以是有利的。这可以提高从导线到内室401中的工作材料的热流的速率，并因此减少从导线到外部环境414的热流的速率。因此，电能的因导线例如导线417或导线420中的电阻而损失的部分——其可以通过实施方式400被递送至工作材料并回收——可以增加。在一些实施方式如其中磁场生成装置包括超导电导体的实施方式中，可能期望将电导体的温度保持在超导转变温度以下，该超导转变温度在上下文中也称为“临界温度”。在这样的实施方式中，装置400可以以这样的方式配置，其中贯穿标称操作期间的热力学循环的工作材料的最高温度低于超导体的临界温度。在一些实施方式中，使贯穿标称操作期间的热力学循环的工作材料的平均温度低于临界温度是足够的。以这种方式，工作材料和相关联热力学循环可以被配置成将超导体的温度保持在临界温度以下。因此，工作材料可以用作电导体的散热器或制冷机。例如，工作材料的平均温度可以贯穿标称操作期间的热力学循环是100开氏度，并且电导体可以由诸如铋锶钙铜氧化物或BSCCO、以大约108开氏度的临界温度为特征的超导体Bi-2223的材料制成，如2019年4月8日访问的https://enwikipediaorg/wiki/Bismuth_strontium_calcium_copper_oxide所述。

在其他实施方式中，磁场生成装置可以包括永磁体。例如，可以通过改变磁场生成装置的永磁体与工作材料之间的最近分离距离来修改内室401内的工作材料内的磁场。为此，永磁体可以以可以修改所述分离距离的方式平移或旋转。考虑以下示例，在该示例中，磁场生成装置包括围绕内室401以圆周方式布置的永磁体阵列。磁场生成装置和体材料411以当需要时磁场生成装置的磁场可以延伸到内室401中的工作材料中的方式配置。例如，永磁体可以围绕内室401布置成海尔贝克阵列。磁场生成装置还可以包括其中永磁体的环形阵列可以沿X方向移动的环形槽。致动器可以被配置成使永磁体阵列在正或负X方向上移动通过槽。槽可以具有足够的长度，使得永磁体的阵列可以从内室401移动足够的距离，使得内室401中的工作材料内的磁场强度可以被修改期望的量。例如，当期望将工作材料内的磁场强度减少到最小时，致动器可以使永磁体阵列沿正X方向即向页面的右侧穿过环形槽移动到与距内室401内部的工作材料最大可达到距离对应的位置。在其他实施方式中，永磁体可以沿负X方向移动。最大距离例如由实施方式400沿X方向的尺寸约束提供。当期望工作材料内的磁场强度增加至最大时，永磁体阵列可以通过致动器沿负X方向移动通过环形槽到紧邻内室401的位置，即到达与如下导线重合的位置，所述导线例如图3A至图3H所示的磁场生成装置415的诸如导线416或导线417或导线420导线。因此，通过使永磁体的阵列相对于内室401中的工作材料移动，可以修改、调节和控制工作材料内的磁场强度。与正常导电的电磁体相比，并且对于给定且可行的磁场强度，永磁体的使用可以减少与磁场生成相关的电损耗。注意，在该比较中，电磁体中的磁场是经由流过电阻率为非零的电导体的电流生成的。

在磁场生成装置包括永磁体的一些实施方式中，可以将若干相同的装置例如装置400布置成阵列。例如，第一装置可以以与图3A中所示的装置类似的方式配置，其中磁场生成装置包括永磁体的环形阵列，该永磁体的环形阵列布置在体材料411内的环形槽中并且包围圆柱形内室401。可以认为上述包括永磁体的磁场生成装置代替了图3A至图3H所示的磁场生成装置415的螺线管线圈或导线诸如导线417或导线420。至少一个第二装置可以被配置成与第一装置基本相同，并且可以被定位成在正X方向上紧邻第一装置，其中第二装置是第一装置关于YZ平面的镜像，其中该平面在第二装置与第一装置之间的界面处。换言之，第一装置的致动装置409位于第二装置的致动装置附近。包括永磁体环形阵列的环形槽可以连续地从第一装置延伸到第二装置，从而允许致动器将永磁体阵列通过槽从第一装置移动到第二装置。第一装置和第二装置的热力学循环可以被配置成异相半个周期或180度。以这种方式，第一装置的内室中的磁场强度的期望减少以及永磁体阵列沿着正的X方向远离第一装置的内室向着第二装置的内室滑动可以与第二装置的内室内的磁场强度的期望增加相协调。类似地，可以以这种方式协调第二装置的内室中期望的磁场强度的减少，以与第一装置的内室中期望的磁场强度的增加相一致。通过允许永磁体阵列在第一装置的热力学循环内的整个时间段内执行有用的功能，即增加第二装置的内室内的磁场强度，在所述时间段内，第一装置的内室内的磁场强度旨在被减小或最小化，本发明的实施方式即第一装置和第二装置的组合的功率密度可以被增加。功率密度可以指本发明的实施方式在该实施方式的每单位时间和每单位体积上做的净功。

在一些这样的实施方式中，第一装置的致动器409的轴407可以刚性地连接至第二装置的相应轴并且与第二装置的相应轴没有区别。换言之，致动器409可以被配置成致动第一装置的活塞头404和第二装置的活塞头二者。注意，第一装置和第二装置的热力学循环是异相的180度，使得第一装置的内室401中的工作材料的压缩可以与第二装置的内室中的工作材料的膨胀相一致，反之亦然。第一装置和第二装置的致动器之间的机械耦接可以向致动器的驱动元件例如轴407提供机械偏置。该偏置可以执行与前述由线性和扭转弹簧提供的机械偏置相似的目的，即在标称操作期间提高了致动器的效率，并且减少了致动元件上的磨损。

在其他这样的实施方式中，第一装置的致动器不需要与第二装置的致动器共享共同的致动部件，例如驱动轴。例如，这可以是致动器的致动部件的机械耦接为不可行的情况，如压电致动器被直接耦接至相关联的第一装置和第二装置的内室中的工作材料的情况。在这样的实施方式中，体材料411可以在第一装置与第二装置之间形成分隔壁，以便为相关联的致动装置提供机械基础。

在其他实施方式中，永磁体的阵列可以在与X方向相对照的Y方向上相对于第一装置的内室401平移。例如，内区域401在X方向上的截面在形状上可以为矩形形状或正方形。在一些实施方式中，永磁体的阵列可以布置在所有四个侧面上。考虑其中在矩形截面的仅两个侧面中的每一个上例如在面向正和负Y方向的侧面上布置永磁体的阵列的场景。当期望减少内区域401内的磁场强度时，可以通过致动器使套管410的面向正Y方向的一侧上的永磁体的阵列沿正Y方向移动，并且可以通过致动器使套管410的面向负Y方向的一侧上的永磁体的阵列沿负Y方向移动。根据需要，内区域中的工作材料与永磁体之间的分离距离的伴随增加可以减少工作材料内部的磁场强度。类似地，当需要增加内区域401内的磁场强度时，可以通过致动器使套管410面向正Y方向一侧的永磁体的阵列沿负Y方向移动，并且可以通过致动器使套管410的面向负Y方向一侧的永磁铁的阵列沿正Y方向移动。根据需要，内区域中工作材料与永磁体之间的分离距离的伴随减少可以提高工作材料内部的磁场强度。以这种方式，磁场生成装置可以改变永磁体相对于内区域中的工作材料的位置，从而修改工作材料内的磁场强度。

在图3A至图3H中，以截面示出了诸如导线416、417或420的单个圆形电导体，并且其被嵌入体材料411中。如所述，图3A至图3H中的截面图示出的电导体形成螺线管。换言之，它们串联地电连接并且围绕圆柱形内室401和容纳在其中的工作材料形成环形螺旋。体材料411的磁化率被配置成允许螺线管415的大部分磁场线穿过内室401中的工作材料。例如，与工作材料的磁阻相比，体材料411的磁阻可以足够大，使得大部分磁场线穿过工作材料。在体材料411导电的情况下，如铝的情况，电导体可以通过诸如塑料或玻璃的绝缘材料与体材料411电绝缘。电导体以类似的方式与相邻的电导体电绝缘，以保持导体的螺线管布置。与通常由螺线管生成的磁场的情况一样，在内区域401中的大部分工作材料中，当电流流过磁场生成装置415时，磁场线包括沿X方向的基本分量。注意，只要工作材料内的磁场强度足够大以修改工作材料的比热容即可，工作材料内的磁场的方向与所示实施方式的操作或性能基本无关。

电路和电源电连接至磁场生成装置415的螺线管中的电导体。电源可以包括电池、电容器或发电机。还可以通过本发明的实施方式的致动装置例如包括所述磁场生成装置的同一实施方式400的致动装置403来向磁场生成装置提供电能。当期望增加内区域401中的工作材料内的磁场强度时，可以将连接至磁场生成装置415的螺线管的电路配置成增加流过螺线管的电导体例如导体416的电流的大小。这可以增加由螺线管和磁场生成装置生成的磁场的强度，并因此增加在工作材料内的磁场的强度。类似地，当期望降低内区域401中的工作材料内的磁场强度时，可以将连接至磁场生成装置415的螺线管的电路配置成减少流过螺线管的电导体例如导体416的电流的大小。

在其他实施方式中，磁场生成装置可以包括电磁体，该电磁体包括围绕顺磁性或铁磁性材料卷绕的电导体。例如，在常规的无刷直流电机中会找到这样的电磁体。例如，顺磁性或铁磁性材料可以是软铁。与电磁体不包括这样的材料的场景相比，顺磁性或铁磁性材料可以用来极大地放大电磁体生成的磁场的强度。在一些这样的实施方式中，铁磁或顺磁芯以及卷绕在这些芯上的电导体可以被配置成生成围绕内区域401的磁路，其中该磁路可以以与海尔贝克阵列中的磁路相似的方式配置。换言之，常规的海尔贝克阵列中的永磁体的磁极的布置可以通过如下电磁体的磁极的布置来复制，所述电磁体包括具有顺磁芯或铁磁芯的螺线管。以这种方式，对于磁路中给定的总磁通量，工作材料内的磁场强度可以最大化。以这种方式，磁场也可以被包含在装置400的外表面413内，或者与外部环境414屏蔽，这可以减少对位于实施方式400附近的外部环境414中的其他电装置例如传感器的干扰影响。

通过图1所示的热力学循环以及图3A至图3H所示的实施方式400的配置来描述实施方式的子集的操作原理。

在图3A中，工作材料的热力学状态对应于图1中的站352处的工作材料的状态。致动装置403处于完全缩回位置，并且工作材料处于最大体积状态，其中体积是由内区域401的配置和尺寸提供的。在此示例中，磁场生成装置被配置成使站352处的工作材料内的磁场强度最小。对于图3A至图3H所示的实施方式400，这对应于零或可忽略的电流流过磁场生成装置415的螺线管的电导体，从而导致整个工作材料的零或可忽略的附加磁场强度。磁场生成装置415的这种配置也被称为“关断”配置。

在图3B中，工作材料的热力学状态对应于图1中的站352与353之间的工作材料的状态。在站352与353之间，工作材料被致动装置403压缩，由此对工作材料做机械功，如图3B中的标签“WIN”所示。活塞404的内表面405的移动减少了内室401的体积，由此压缩了容纳在其中的工作材料。在该特定示例中，工作材料被绝热地——即不与外部环境414进行热交换地压缩。在整个压缩过程中，磁场生成装置的磁场保持在关断配置。在图1中，为简化起见，将工作材料的压缩建模为理想气体的压缩。在其他实施方式中，工作材料的压缩例如也可以是等温压缩或等压压缩。注意，压缩是指工作材料的比容的减少。在一些实施方式中，压力还可以在工作材料的压缩期间减少。在一些实施方式中，可以在压缩期间从工作材料中移除热量，例如，其中可以经由热传导移除热量。在其他实施方式中，可以在压缩期间将热量添加到工作材料中。

在图3C中，工作材料的热力学状态对应于图1中站353处的工作材料的状态。致动装置403处于完全伸出的位置，并且工作材料处于最小体积状态，其中最小体积由致动装置403的冲程长度和内区域401的最大体积提供。在站353处，磁场生成装置的磁场处于关断配置。

在图3D中，工作材料的热力学状态对应于图1中站354处的工作材料的状态。在该示例中，站354和站353处的工作材料的体积相同。在站353与站354之间，磁场生成装置被配置成将工作材料内的磁场强度增加到期望值，该期望值表示为大于零的“激活值”。对于实施方式400，这对应于非零电流流过磁场生成装置415的螺线管的电导体，从而导致整个工作材料的非零附加磁场强度。磁场生成装置415的这种配置也被称为“接通”配置。在该示例中，电流的大小或工作材料内的磁场强度可以被认为是BFGA的“激活水平”，即在这种情况下是磁场生成装置415的“激活水平”。如图所示，有电流流过磁场生成装置415，其中电流通过位于圆柱形内区域401的形心的正Y方向上的电导体流入页面，并且通过位于形心的负Y方向的电导体流出页面。在其他实施方式中，电流可以在另一方向上流动。在该示例中，站353与站354之间的工作材料内的磁场强度的增加与正磁热效应相关联，从而导致工作材料在恒定体积下的比热容的减少和工作材料的温度和压力的相应增加，如图1所示。如前所述，在简化模型中，可以将物体的动DOF和势DOF的配对建模为谐振子。对于物体相对于平衡位置的给定位移或角度，通过增加作用在工作材料的物体上的每单位质量的磁体积力或扭矩的大小，工作材料中磁场强度的增加可以增加受磁场影响的谐振子的刚度。这可以增加受影响的DOF的能谱上的能级之间的间隔，并且减少受影响的DOF内给定平均能量的物体可达到的能级的数目。以这种方式，工作材料中的磁场强度的增加可以导致工作材料中的物体的受影响的DOF的DE的净减少。例如，如前所述，当磁场强度足够强时，可以通过激活BFGA即磁场生成装置415来冻结若干先前的激活的DOF例如物体的旋转势或动DOF。工作材料的物体的DOF的DE的减少会减少恒定体积的工作材料的比热容。

在图3A至图3H所示的简化示例实施方式中绝热地即在工作材料与外部环境之间没有热交换地发生了恒定体积下的比热容的减少。如所述，恒定体积的比热容的减少与工作材料温度的升高相关联。注意，温度的升高在比站352处的压力大的压力下发生。较高压力下的温度升高可以被认为类似于例如奥托(Otto)循环、狄塞尔(Diesel)循环或布雷顿(Brayton)循环中出现的较高压力下的温度升高。温度的升高包括工作材料内的热量的传递，其中热量在工作材料中的传递是从物体的经历其激发度减少的每个DOF到物体的所有其他DOF。换言之，作为BFGA的激活、即这种情况下的磁场生成装置415的激活的结果，本发明的实施方式能够将热传递至工作材料中的物体的自由度，而无需在足够大的温度下的分离的热储。注意，在常规热力学循环——其执行功——中，存在被递送至工作材料的热量例如由燃料燃烧或煤燃烧生成的热量的源。在本发明的实施方式所采用的热力学循环中，热源由工作材料本身提供，即由存储在工作材料中的因BFGA的激活而经历DE的减少的物体的DOF中的能量提供。例如，可以通过光子促进热量从经历DE的减少的DOF至其他DOF的传递，其中所述光子由于工作材料内的物体与磁场之间的相互作用而被发射。能量也可以通过其他能量载体或能量传递机制进行传递，例如通过物体、声子、晶格振动或磁振子之间的碰撞进行传递。

在其他实施方式中，恒定体积下的比热容或恒定压力下的比热容的减少也可以在恒定压力下发生，如布雷顿循环的情况。在其他实施方式中，比热容的减少还可以包括压力的变化以及体积的变化。在一些实施方式中，比热容的变化不必绝热地发生，而是可以包括热流入或流出工作材料，只要热力学循环例如图1所示的热力学循环标称地执行，其中标称执行可以指例如当被用作发动机或净正功生成装置时生成可接受或期望的量的功的循环。

在图3E中，工作材料的热力学状态对应于图1中的站354与355之间的工作材料的状态。在站354与355之间，工作材料正在膨胀并且对致动装置403做功，如图3E中的标签“WOUT”所示。活塞404的内表面405的移动增加了内室401的体积，这使容纳在其中的工作材料膨胀。在该特定示例中，工作材料被绝热地即不与外部环境414进行热交换地膨胀。在整个膨胀过程中，磁场生成装置的磁场保持在接通配置。在图1中，为简化起见，将工作材料的膨胀建模为理想气体的膨胀。在一些实施方式中，可以在整个膨胀过程中修改工作材料内的磁场强度，以便在整个膨胀过程中维持或生成工作材料的恒定体积下的期望的比热容。如在图3B中的压缩的上下文中所述，图3E中所示的膨胀不必是绝热的，而是可以是等温的或多变的，或具有其他适合的形式，其中适合性由合适的热力学循环的性能水平和效率决定。

在图3F中，工作材料的热力学状态对应于图1中的站355处的工作材料的状态。致动装置403处于完全缩回位置，并且工作材料的体积等于在站352处的体积。在站355处，磁场生成装置的磁场处于接通配置。注意，由于与在站352与353之间的整个压缩过程中工作材料在恒定体积下的比热容相比，在站354与355之间的整个膨胀过程中工作材料在恒定体积下的比热容较小，因此与在压缩和膨胀二者过程中恒定体积下的比热容相同的场景相比，膨胀期间的温度和压力的变化在幅度上更大。

在图3G中，工作材料的热力学状态对应于图1中站356处的工作材料的状态。在该示例中，状态356和状态355处的工作材料的体积相同。在站355与站356之间，磁场生成装置被配置成将工作材料内的磁场强度降低回到关断配置，即站353或352处的配置。如所述，在所示的简化示例中，关断配置对应于其中没有电流流过磁场生成装置415的电导体的配置。在站355与站356之间，工作材料在恒定体积下的比热容减少，并返回至站352和353处的恒定体积下的比热容的值。因此，站356处的温度和压力低于站355处的温度和压力。温度减少是由于工作材料中的物体的DOF的DE的增加，以及从其他DOF进入经历DE增加的DOF的相应热量流动。可以认为此过程是站353与354之间恒定体积下的比热容减少的逆过程。注意，图1中站356处的压力和因此的温度也低于图1中的站352处的压力和因此的温度。

在图3H中，工作材料的热力学状态对应于图1中的站356与352之间的工作材料的状态。在该示例中，站356和站352处的工作材料的体积相同。在站356与站352之间，工作材料通过外部环境414经由热流“QIN”加热，以使加热过程完成时工作材料的温度与站352处的温度匹配。例如，经由通过体材料411的热传导将热流QIN从外部环境414递送至内室401中的工作材料。在一些实施方式中，体材料411的至少一部分可以被配置成以较大的热导率为特征，以便利于外部环境414与工作材料之间的足够大速率的热流。注意，所述热流的速率还是外部环境414与工作材料之间的界面面积以及外部环境414与工作材料之间的温度差的函数。因此，为了使外部环境414与工作材料之间的热流的速率最大化，可以使外部环境414与工作材料之间的热接触面积以及外部环境414与工作材料之间的温差最大化。例如，工作材料的温度可以是90开氏度，并且外部环境的温度可以是300开氏度。在内室401在形状上为矩形的情况下，工作材料与外部环境414之间的热传递可以被配置成跨越矩形的以最大表面积之一为特征的平面侧发生。如所述，在一些实施方式中，工作材料可以被泵送通过单独的热交换器，该热交换器特别地被配置成经由强制对流促进外部环境414与工作材料之间的大的热流的速率。在其他实施方式中，例如其中工作材料是固体并且不利于泵送的实施方式中，可以采用专用的热流体和单独的热交换器以经由强制对流来增加外部环境414与工作材料之间的热传递的速率。在其他这样的实施方式中，外部环境中的热材料例如外部环境414中的水储存体中的水或外部环境414中的大气中的空气可以被流自然地泵送通过热交换器，以经由强制或自然对流来增加外部环境414与工作材料之间的热传递的速率。在一些实施方式中，工作材料与外部环境414之间的热传递可以包括热辐射。

在图1和图3A至图3H所示的理想情况下，工作材料对致动装置403做净机械功。换言之，“WOUT”的大小大于“WIN”的大小。从图1中也可以明显看出，其中存在被顺时针热力学循环包围的净面积。致动装置以如下方式配置，即，将WOUT的足够大的部分回收并转换成有用的能量例如电能，使得致动装置消耗的总能量小于致动装置以有用的形式递送的总能量。由工作材料执行的净机械功的能量源是工作材料在标称稳定操作期间的热力学循环期间从外部环境414吸收的热量。对于图1所示的特定循环，在一个热力学循环中的工作材料执行的净机械功等于站356与站352之间的工作材料吸收的净热量。

在一些实施方式中，外部环境414包括例如地球大气。外部环境414也可以是分离的热储。外部环境414可以例如包括制冷机的内室。在一些实施方式中，外部环境414可以包括电子电路。例如，由电路生成的热量可以经由热传导从外部环境414通过外表面413、通过体材料411以及通过内表面402被递送至内区域401。可以经由电子电路中的电阻损耗生成热量，例如焦耳加热的情况。在这样的应用中，例如可以采用诸如图3A至图3H中所示的实施方式的实施方式来冷却计算机芯片或微处理器诸如计算机或智能电话中的微处理器。在一些实施方式中，由致动装置403从工作材料中提取的机械功率可以经由致动装置403或单独的发电机转换成电功率，并且在一些实施方式用于为诸如智能手机或计算机的电子电路供电。在这样的应用中，本发明的实施方式可以被视为作为常规电池操作。根据本发明配置的装置例如装置400可以被认为是热电池，其中，工作材料以及与工作材料热接触的任何其他材料内的热能可以转换成有用的电功。因此，本发明的实施方式也可以考虑用于涉及发电或消耗的应用。

例如，本发明的实施方式还可以被用于将热量从冷储存体传递至热储存体，同时消耗与等价的蒸气压缩式制冷机相比更少量的功。在一些这样的实施方式中，热力学循环与图1中所示的热力学循环除如下情况外相同：在工作材料绝热膨胀之前但在通过修改BFGA的激活水平减少恒定体积下的比热容之后在站354处从工作材料移除热量“QOUT”。由于热量QOUT的移除，在膨胀之前的、表示为站354B的站处的压力低于站354处的压力，但大于站353处的压力。在这样的实施方式中，在站354B与新站355之间的绝热膨胀期间由致动装置403提取的功的量的大小等于在站352与站353之间的绝热压缩期间由致动装置403消耗的功的大小。换言之，WIN等于WOUT，并且不通过致动装置403做净机械功，或者不对工作材料做净机械功或不通过工作材料做净机械功。为此，新站355处的压力低于站352处的压力。换言之，在理想气体的情况下，绝热压缩和绝热膨胀的压力与比容线相交。因此，根据热力学第一定律，工作材料在站352的低温下从冷储存体吸收的所有热量QIN——其中热量在新站356与站352之间被吸收——可以通过工作材料被递送至在站354B的高温下的热储存体——其中热量在站354与354B之间被递送。因此，热量可以从冷储存体被传递至热储存体，而无需任何外部净机械功。因此，本发明的这种实施方式可以被认为是温度放大装置或热传递装置。因此，本发明的实施方式可以用于需要制冷或将热量从冷储存体传递至热储存体的应用。在本发明的一些实施方式中，热量QOUT也可以被递送至常规的热发动机，常规的热发动机被配置成将热量QOUT的至少一部分转换成有用的机械功或电功。常规热发动机的示例是例如飞行器冲压发动机、飞行器涡轮风扇发动机、直升机涡轮轴发动机或汽车、卡车、轮船或火车的内燃发动机。在这样的实施方式中，例如，接收来自工作材料的热量QOUT的前述热储存体可以被认为是前述热发动机的燃烧室。可以例如经由热传导、强制对流或自然对流或者辐射在工作材料与热储存体或冷储存体之间交换热量QOUT。在一些实施方式中，如本文所述，所有热量QOUT或其重要部分也可以通过本发明的另一实施方式被转换成机械功，该另一实施方式被配置成将热能转换成有用的机械功或电功。

在其他实施方式中，也可以在恒定体积下的比热容减少之前或在减少期间从工作材料中移除至少一部分热量QOUT。在其他实施方式中，可以在恒定体积下的比热容增加之前或在增加期间将至少一部分QIN递送至工作材料。

在其他实施方式中，可以使用前述段落中描述的类型的热力学循环将热量从热储存体传递至冷储存体，如与从冷储存体传递至热储存体相对照的。在一些应用中，并且对于一些实施方式，例如，可以采用这样的热力学循环以比热储存体与冷储存体之间的正常热传导更快的速率将热量从热储存体传递至冷储存体。

本发明的原理还可以应用于其他类型的BFGA和其他类型的工作材料。在图1和图3A至图3H中，工作材料表现出正磁热效应。在其他实施方案中，BFGA可以用于引起正磁热效应和负磁热效应二者，或仅引起负磁热效应。在这样的实施方式中，BFGA可以包括磁场生成装置，并且可以被配置成经由负磁热效应在第一站例如站352处的热力学循环开始时增加恒定体积下的比热容。换言之，BFGA的激活可以增加工作材料内的磁场强度，这可以经由负磁热效应来提高比热容，从而导致第一站与第二站之间的温度减少。例如，这可以在恒定体积或恒定压力下发生。在第二站与第三站之间，可以绝热地压缩或另外地以与图1中贯穿绝热压缩358的工作材料类似的方式进行压缩。注意，BFGA在整个压缩过程中保持激活，使得在该简化示例中，工作材料在恒定体积下的比热容保持与在第二站在恒定体积下的比热容基本相同。

在工作材料仅表现出负磁热效应的情况下，BFGA的激活水平可以在第三站与第四站之间返回到第一站处的BFGA的激活水平，其使工作材料的比热容返回至基本相同的第一站处的工作材料的比热容。例如，BFGA激活水平的变化会减少工作材料内的磁场强度，这会经由负磁热效应减少比热容，从而导致第三站与第四站之间的温度升高。例如，这可以在恒定体积或恒定压力下发生。在这种情况下，随后在第四站与第五站之间以基本不变的比热容进行的工作材料的绝热膨胀以及随后在第五站与第一站之间在恒定体积或恒定压力下从外部环境向工作材料添加热量可以完成热力学循环。

在工作材料还表现出正磁热效应的情况下，可以修改BFGA的激活水平以在第三站与第四站之间感应起所述效应。例如，BFGA激活水平的变化可以进一步增加工作材料内的磁场强度，这可以经由常规的正磁热效应来降低比热容，从而导致第三站与第四站之间温度升高。随后在第四站与第五站之间以基本不变的比热容进行的工作材料的绝热膨胀、以及随后在第五站和第六站之间使BFGA的激活水平恢复到第一站的BFGA的激活水平以及相关联的使比热容基本上恢复到第一站的比热容的水平、以及随后在第六站与第一站之间以恒定的体积或恒定的压力从外部环境向工作材料添加热量可以完成热力学循环。

如先前所解释的，负磁热效应可以由例如附加势DOF的引入或附加势DOF的DE的改变而产生，该附加势DOF与由作用在工作材料中的物体上的磁场产生的每单位质量的体积力相关联。附加势DOF例如可以是旋转势DOF。在这种情况下，旋转可以指的是磁偶极子围绕局部磁场方向的旋转，这可以引入两个附加的旋转势DOF。当磁场强度进一步增加时，这些附加旋转势DOF的DE以及相应的旋转动DOF的DE可以减少。前述场景是前述正磁热效应的示例，其经由进一步增加磁场强度来抵消并随后超过第三站与第四站之间先前施加的负磁热效应的大小。

注意，在一些实施方式中，恒定体积下的比热容可以在整个压缩或膨胀过程中改变。例如，该变化可以归因于比热容随温度的变化，或者磁热效应随温度的变化。

在一些实施方式中，可以将正磁热效应或负磁热效应与正电热效应或负电热效应组合，以使热力学循环中工作材料的比热容差异的大小最大化。

如所述，可以在各种热力学循环和热力学装置中利用本发明的如下原理，例如经由与工作材料外部的热源或散热器相对照的BFGA的激活水平的改变从工作材料的物体的DOF子集中添加和移除热量。除了常规的磁制冷或电制冷之外，这样的装置被认为在本发明的范围内，并且通常包括工作材料的压缩或膨胀。例如，这样的热力学循环可以包括等温压缩或膨胀、等压压缩或膨胀、多变压缩或膨胀、或从工作材料到外部环境的热递送、或从外部环境到工作材料的热吸收。

图1示出了用于示例性操作方法的本发明的示例性实施方式的子集的工作材料的压力351与比容350的曲线图。

如所述，为了描述的简单和清楚起见，图1中的工作材料被建模为理想气体，并且无意于限制本发明的范围。在其他实施方式中，工作材料可以是不同类型的气体，例如真实气体，例如空气、双氮、双氧、二氧化碳、氦气或氩气。工作材料还可以包括不同类型的流体，例如液体，例如水、液氮或液体双氧。工作材料也可以包括固体。

在工作材料是固体或液体的情况下，垂直轴351可以描述沿工作材料的轴线施加至工作材料上的应力，并且水平轴350可以描述相应的工作材料的应变。例如，应力可以是沿工作材料的指定轴线的轴向应力，并且应变可以是沿相同轴线的应变。应力也可以是沿着工作材料的主轴线的主应力，并且应变可以是相应的主应变。

图1出于说明目的描述了简化的热力学循环。热力学循环包括站352、353、354、355和356。在站352与353之间的绝热压缩358之后，通过修改站353与站354之间的BFGA的激活水平来减少359恒定体积下的比热容。在图1所示的简化循环中，在站354与站355之间的绝热膨胀中，恒定体积下的比热容保持基本恒定的值。在站355与站356之间，BFGA的激活水平再次被修改，导致恒定体积下的比热容增加361到与站352近似相同的值。注意，在站352、353、354、355和356之间，由工作材料执行了净量的机械功。该净机械功的能量源由工作材料的内部能量提供。因此，为了回到站352处的原始温度，工作材料从外部热源吸收热量362。例如，外部热源可以由工作材料的外部环境经由热传导、自然对流或强制对流或热辐射来提供。这样就完成了热力学循环，该热力学循环被配置成将热能转化为有用的机械功。

在其他实施方式中，热力学循环可以不同于图1所示的循环。例如，在整个热力学循环中，工作材料可以吸收来自外部环境的热量。在这样的循环中，在标称操作期间，恒定体积下的比热容的增加361完成时的温度等于站352处的温度，即在循环开始时的温度。换言之，在恒定体积下的比热容的增加361完成之后，不需要进行外部热量的递送。这可以减少完成热力学循环所需的时间，并且可以改善本发明实施方式的功率输出。在另一示例中，工作材料可以在站353处相对于外部环境处于足够低的温度，使得在减少恒定体积下的比热容之前，工作材料可以在一个热力学循环期间在站353处从外部环境吸收所需的大量的总热量。以这种方式，在其他条件不变的情况下，贯穿单个热力学循环执行的功的量以及从环境中吸收的热量的量会增加。

在另一示例中，工作材料可以循环通过若干“开放”热力学循环，其中开放循环是指如下循环，其中递送至工作材料的总热量小于整个循环中工作材料所做的净功量。例如，开放循环可以包括站352、353、354、355和356之间的循环。在该开放循环中，没有从外部环境吸收热量。因此，在站356处的开放循环结束时的温度不等于在站352处的开放循环开始时的温度。当顺序地执行若干开放循环时，工作材料的温度随着开放循环的迭代而减少。以这种方式，工作材料的温度可以减少到绝对零度附近或零开氏度，只要BFGA被配置成在整个工作材料的温度的相关范围内修改工作材料的比热容。在标称操作条件的启动阶段期间也可以采用开放循环的顺序应用。例如，在启动阶段开始时，工作材料可以处于与外部环境相同的温度下。在第一个开放循环之后，工作材料的温度略低于外部环境的温度，但高于标称操作期间热力学循环中此时的工作材料的温度。因此，为了将工作材料的平均温度减少到标称操作期间的平均操作温度，工作材料可以执行若干开放循环。如所述，可能希望将工作材料的平均温度减少到相对于外部环境足够低的温度，以增加从外部环境到工作材料的热传递的速率，并且从而增加工作材料的功率输出。较低温度的工作材料还可以促进在工作材料附近的任何相邻且适当配置的电导体中的超导性。

可以采用图1中描述的热力学循环来描述图3A至图3H中所示的装置400和图2A至图2H中所示的装置370的操作。

如所述，可以采用多种BFGA装置和方法来修改工作材料的比热容。例如，在一些实施方式中，可以采用外部施加的电场来修改现有DOF或EDOF的DE。

使用每单位质量的电体积力或转矩来对DOF的DE进行修改的基本原理类似于在采用每单位质量的磁体积力或转矩的情况下的原理。

图2A至图2H示出了用于示例性操作方法的本发明的一个实施方式在不同时间点处的截面图。图2A至图2H中示出的实施方式370的操作原理类似于图3A至图3H中示出的实施方式的原理，并且因此在本文中将不再描述相同的细节。图2A至图2H中所示的热力学循环还通过图1所示的热力学循环来描述。

在图2A至图2H中，存在包括工作材料的内区域371。例如，工作材料可以包括诸如空气、氮气、氧气、或二氧化碳的气体。工作材料还可以包括液体或固体。工作材料可以表现出正电热效应，即，由于在工作材料内电场大小的增加而引起的温度升高，以及由于在工作材料中物体的DOF的DE减小而引起工作材料在恒定体积下的比热容的相关联的降低。在其他实施方式中，工作材料可以表现出负电热效应，即，由于在工作材料内电场大小的增加而引起的温度降低，以及由于在工作材料中物体的DOF的DE增加而引起工作材料在恒定体积下的比热容的相关联的增加。工作材料还可以表现出正和负电热效应。例如，随着工作材料内的电场强度增加，工作材料可以表现出负电热效应，随后表现出正电热效应，就恒定体积下的比热容的变化大小而言，该正电热效应可以超过工作材料的负电热效应。表现出正电热效应的固体材料的示例是广泛使用的压电材料PZT或锆钛酸铅。表现出电热效应的各种其他材料是本领域已知的。

工作材料还可以包括位于气体或液体中的固体粒子，例如小的固体晶体。工作材料还可以包括结合至配体并且因此悬浮在流体中的其他固体材料的原子。工作材料还可以包括若干不同类型的分子，例如溶解在水中的钠分子或嵌入空气中的水分子。

为了简单起见，图2A至图2H和图1，内区域371中的工作材料被配置成表现出正电热效应。

在图2A至图2H中，在标称操作期间，工作材料包括如下物体，其在热力学循环的至少一部分例如图1所示的热力学循环期间携载净电偶极子。例如分子的物体的电偶极子可以包括来自物体内电荷分布的贡献以及来自物体例如离子上的净电荷的贡献。电偶极子可以是：感应偶极子，如中性原子或分子的极化的情况；或永久偶极子。永久电偶极子可能产生于分子中原子的对准，如水或蒸汽分子的情况。可以通过存在外部电场来在分子中感应出感应电偶极子，如氧气或氮气分子的情况。注意，双原子分子通常以优选的极化方向为特征，其中，优选的方向通常沿着分子的长轴。因此，当分子的长轴与电场的方向之间的角度小于九十度且大于零时，由于电场沿分子的长轴或沿主极化轴的优先极化，因此可能存在作用在分子上的每单位质量的力矩或体积扭矩。注意，可以认为每单位质量的体积扭矩产生于作用在分子上的每单位质量的体积力，其中，体积力的作用线不穿过分子的质心。注意，就电偶极子对工作材料的比热容的贡献及其与外部电场的相互作用而言，电偶极子可以被认为类似于磁偶极子。如在外部磁场的上下文中所描述的，外部电场是指物体外部的场，并且可以包括“本征”贡献，例如来自相邻原子或离子的贡献，以及“另外的”贡献，例如来自外部电场生成装置诸如电场生成装置387的贡献。注意，修改BFGA的激活水平可以修改电场的本征分量或电场的非本征分量。例如，BFGA可以被配置成使至少一部分工作材料电离，因此改变本征电场的大小。在其中工作材料是气态的情况下，工作材料的电离特别地有吸引力，这是因为电离可以通过增加原子间力的强度和范围来向工作材料中的物体添加三个另外的平移势DOF，其中三个平移势DOF补充气体的分子或原子的质心的现有的三个平移动DOF。电离还可以添加两个旋转势DOF，以补充双原子分子现有的两个旋转动DOF。电离还可以修改分子的振动模式——即与分子中原子的原子间间距相关联的平移动和势DOF——的DE。

注意，在其中工作材料为固体的情况下，工作材料也可以被电离。例如，在经受电场的掺杂半导体中，可以形成耗尽区。这通过二极管中pn结处的耗尽区、或者结型场效应晶体管或JFET中带电板或带电电触点中的耗尽区来举例说明。例如，工作材料可以包括掺杂半导体材料。如图2D所示，当BFGA装置即电场生成装置被激活，并且电荷被允许在第一导体385和第二导体386中累积时，则工作材料内的移动电荷载体可以形成耗尽区。在这种情况下，耗尽区既是指带正电的耗尽区中的电子的耗尽，又是指带负电的耗尽区中的空穴的耗尽或电子的积累。带负电的耗尽区形成在带正电的第一导体385的附近，以及带正电的耗尽区形成在带负电的第二导体386的附近。正和负耗尽区可以沿着Y方向向工作材料中伸展足够的距离，其中，距离可以在数百微米的量级上。若干导体，例如导体385和386，可以位于工作材料内或嵌入在工作材料内，以便确保工作材料的足够部分包括带正电或带负电的耗尽区。工作材料的部分的电离可以修改原子间势，并且因此修改原子间谐振子的刚度。如所提及的，这可以修改原子间振动势的DE和工作材料的动DOF。例如，工作材料的电离或在工作材料内形成耗尽区可以增加原子间势的刚度，并且减小受影响的DOF的DE，这可以减小工作材料的比热容。

在图2A至图2H中，可以通过修改工作材料内的电场强度来修改工作材料在恒定体积下的比热容。如在图3A至图3H中所示的实施方式和图1的描述中，工作材料以如下方式配置：其中工作材料在恒定体积下的比热容的大小是标称操作期间的热力学循环的至少一部分期间的BFGA的激活水平的函数。换句话说，在标称操作期间的热力学循环的至少一部分期间，可以采用BFGA的激活水平的修改来修改工作材料在恒定体积下的比热容。

为了描述的简单和清楚起见，图2A至图2H和图1中的工作材料可以包括双原子气体，例如氧气或氮气。为了简单起见，该气体被视为理想气体。在图1和图2A至图2H的背景下描述的本发明的原理还应用于其中工作材料是液体或固体的实施方式中。注意，与图2A至图2H和图1的背景下描述的工作材料相比，对于其他工作材料，工作材料的电热性能可能更加明显。换句话说，实际上，与图2A至图2H和图1所示的示例的背景下描述的工作材料相比，由于所述示例旨在示出操作原理，因此其他工作材料可以更好地适应于给定的应用。例如，适合性可以是可以采用BFGA的激活水平的修改来在标称操作期间的至少一部分热力学循环期间修改工作材料在恒定体积下的比热容的程度的函数。其他工作材料的候选已经在先前的段落中进行了描述，或者可以由本领域普通技术人员为给定的应用轻松选择。

在图2A至图2H中，具有内表面372的内区域371在形状上为圆柱形，当沿着水平方向观察时具有圆形截面，该水平方向平行于页面底部处的边缘。该方向也称为X方向。Y方向在页面平面中并且垂直于X方向。在其他实施方式中，内区域的截面几何形状可以是椭圆形的。在其他实施方式中，内区域的截面几何形状可以是环形或环状的。在其他实施方式中，截面几何形状可以是例如正方形或矩形。在一些这样的实施方式中，矩形或正方形的截面几何形状以圆角为特征。

套管装置380被配置成向实施方式370的内室371和其余部分提供结构支撑。套管装置380的体材料381可以包括金属，例如铝或铁。体材料381还可以包括复合材料，例如玻璃纤维或碳纤维。

压缩装置被配置成能够对工作材料做功。在图2A至图2H所示的简化的实施方式370中，压缩装置由包括活塞头部374和活塞轴377的致动装置373来实现，所述活塞头部和活塞轴两者当沿着X方向被观察时均具有圆形截面。在其他实施方式中，压缩装置可以包括涡轮机械，例如轴流式压缩机或离心式压缩机。在一些实施方式中，压缩装置还可以包括配置成使自由流流体流减速和压缩的管道。

膨胀装置被配置成允许工作材料对膨胀装置做功。在图2A至图2H所示的简化示例中，膨胀装置也由致动装置373来实现。在其他实施方式中，膨胀装置可以包括涡轮机械，例如轴流式涡轮机或离心式涡轮机。在一些实施方式中，膨胀装置还可以包括配置成使工作材料加速和膨胀的管道。

致动装置373还包括致动器379，该致动器被配置成对活塞轴377做功，并且允许活塞轴377对致动器做功。致动装置373可以以与致动装置403相似的方式配置。如在致动装置403的上下文中所描述的，存在各种各样的致动器类型和构造，其可以有利于活塞与套管装置380之间的相对运动。如在致动装置403的上下文中所述，致动装置373可以是例如液压的、螺线管的、旋转电的、线性电的、或压电的。

在图2A至图2H中，BFGA包括电场生成装置387，电场生成装置被配置成修改室351内的电场强度。BFGA位于内区域371附近。BFGA被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，该体积力的大小可以通过分离的电子电路来调节。BFGA包括第一导体385和第二导体386，其两者均可以静电带电。充电过程可以包括在第一导体385与第二导体386两端施加电压差。例如，该电压差可以由电池或者由致动装置373和相关联的电子电路系统例如相关联的电容器或电池来提供。在其中工作材料导电的情况下，电导体385和386与工作材料电绝缘。在其中体材料381导电的情况下，电荷的集合也与体材料381电绝缘。诸如绝缘铜导线的电导体将第一导体385连接至电压源，并且将第二导体386连接至电压源。这些电导体未示出。在第一导体385与内区域371之间以及第二导体386与内区域371之间之中，体材料381被配置成不导电。实际上，第一导体385和第二导体386可以被认为是电容器的相对板，其中，这些板之间的电介质包括工作材料以及第一导体385与第二导体386之间的体材料381的有关部分。在所示的实施方式中，第一导体385和第二导体386以如下方式配置：其中当第一导体385和第二导体386被相反地充电时，大多数电场线穿过工作材料。为此，第一导体385和第二导体386可以包括若干绝缘导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于X轴布置在第一导体385内。这可以用于防止或减少第一导体385和第二导体386内的任何不期望的电荷再分布。当沿着X方向观察时，第一导体385的截面围绕圆柱内区域371的中心轴线从10点钟位置到2点钟位置分布。注意，第一导体385在其他情况下在形状上为环形，并且在该简化的实施方式中，关于所述中心轴线轴向对称。类似地，第二导体从4点钟位置至8点钟位置分布。在其他实施方式中，第一导体385和第二导体386的弧长度可以在180度内变化。在其中内区域371在形状上为环形的实施方式中，当沿着X方向观察时，内区域371的截面区域由包含在两个不同半径的同心圆内的区域来描述。在这样的实施方式中，当沿着X方向观察时，第一导体385的截面区域描述了位于内区域371的环形截面外部的相似的环形区域，并且第二导体385的截面区域描述了位于内区域371的环形截面内部的相似的环形区域。

在其中内区域371在形状上为正方形，其中边界平行于Y轴或Z轴的实施方式中，当沿着X方向观察时，第一导体385的截面区域由矩形描述，其中边界平行于Y轴或Z轴，并且其中沿着Z轴的长度基本上等于内区域371沿着Z轴的长度。在一些实施方式中，第一导体385沿着Z轴的长度可以大于或小于内区域371沿着Z轴的长度。第二导体386被配置成与第一导体385对称，其中，对称的平面平行于XZ平面并且与内区域371的形心一致。在其他实施方式中，第二导体386不需要与第一导体385对称。

在其他实施方式中，第一导体可以位于活塞头部374内，并且第二导体可以位于内区域371相对侧上即在活塞头部374的负X方向上的体材料381内。BFGA的各种各样的其他配置在本发明的范围内。

实施方式的子集的操作原理由图1所示的热力学循环以及图2A至图2H所示的实施方式370的配置来描述。

在图2A中，工作材料的热力学状态对应于图1的站352处的工作材料的状态。致动装置373处于完全缩回的位置，并且工作材料处于最大体积的状态，其中，该体积由内区域371的配置和尺寸提供。电场生成装置被配置成使该示例中站352处的工作材料内的电场强度最小化。对于图2A至图2H所示的实施方式370，这对应于第一导体385和第二导体386上的零或可忽略的净电荷，导致整个工作材料的零或可忽略的另外的电场强度。电场生成装置387的这种配置也被称为“关断”配置。

在图2B中，工作材料的热力学状态对应于图1中站352与353之间的工作材料的状态。在站352与353之间，工作材料正在被致动装置373压缩，该致动装置对工作材料机械做功，如由图2B中的标签“WIN”所示。活塞374的内表面375的运动减小了室371的体积，这压缩了容纳在其中的工作材料。在该特定示例中，工作材料被绝热地即不与外部环境384进行热交换地压缩。在该整个压缩过程中，电场生成装置的电场保持在关断配置。在图1中，为了简化，将工作材料的压缩建模为理想气体的压缩。

在图2C中，工作材料的热力学状态对应于图1的站353处的工作材料的状态。致动装置373处于完全伸展的位置，并且工作材料处于最小体积的状态，其中，该最小体积由致动装置373的冲程长度和内区域371的最大体积提供。在站353处，电场生成装置的电场处于关断配置。

在图2D中，工作材料的热力学状态对应于图1的站354处的工作材料的状态。在该示例中，处于状态354和状态353的工作材料的体积相同。在站353与站354之间，电场生成装置被配置成将工作材料内的电场强度增加到期望值，该期望值表示为大于零的“激活值”。对于实施方式370，如所指示的，这对应于第一导体385内的非零净正电荷和第二导体386内的净负电荷。这导致整个工作材料的另外的非零电场强度。电场生成装置387的这种配置也被称为“接通”配置。在该示例中，工作材料内的电场强度的大小可以被认为是BFGA的“激活水平”，在这种情况下即是电场生成装置387的“激活水平”。在该示例中，站353与站354之间的工作材料内的电场强度的增加与正电热效应相关联，导致工作材料在恒定体积下的的比热容减小，并且工作材料的温度和压力相应地增加，如图1所示。如前所述，物体的动和势DOF的配对可以在简化模型中建模为谐振子。对于物体相对于平衡位置的给定位移或旋转角度，通过增加作用在工作材料的物体上的每单位质量的电体积力或扭矩的大小，工作材料中电场强度的增加可以增加受电场影响的谐振子的刚度。这可以在受影响的DOF的能谱上增加能级之间的间距，并且减少受影响的DOF内给定平均能量的物体可达到的能级数目。以此方式，工作材料中的电场强度的增加可以导致工作材料中的物体的受影响的DOF的DE的净减少。例如，当电场强度足够强时，如前所述，可以通过激活BFGA即电场生成装置387来冻结物体的若干先前的激活的DOF，例如旋转势或动DOF。减小工作材料的物体的DOF的DE减小了恒定体积的工作材料的比热容。

恒定体积下的比热容的减小绝热地发生在图2A至图2H所示的简化的示例实施方式中，即，在工作材料与外部环境之间没有热交换。如所提及的，恒定体积下的比热容的减小与工作材料温度的升高相关联。注意，温度升高发生在比站352处的压力大的压力处。较大压力处的温度升高可以被认为类似于在例如奥托循环的其他热力学循环中发生的较高压力处的温度升高，如在图3A至图3H的上下文中所描述的。

在图2E中，工作材料的热力学状态对应于图1中站354与355之间的工作材料的状态。在站354与355之间，工作材料正在膨胀并且对致动装置373做功，如由图2E中的标签“WOUT”所示。活塞374的内表面375的运动增加了室371的体积，这使容纳在其中的工作材料膨胀。在该特定示例中，工作材料被绝热地即不与外部环境384进行热交换地膨胀。在该整个膨胀过程中，电场生成装置的电场保持在接通配置。在图1中，为了简化，将工作材料的膨胀建模为理想气体的膨胀。在一些实施方式中，可以在整个该膨胀过程中修改工作材料内的电场强度，以便在整个膨胀过程中维持或生成工作材料的恒定体积下的期望比热容。

在图2F中，工作材料的热力学状态对应于图1的站355处的工作材料的状态。致动装置373处于完全缩回的位置，并且工作材料的体积与站352处的体积相同。在站355处，电场生成装置的电场处于接通配置。注意，由于在站354与355之间的整个膨胀过程中工作材料的恒定体积下的比热容与在站352与353之间的整个压缩过程中工作材料的恒定体积下的比热容相比较小，因此相比于对于压缩和膨胀过程两者中恒定体积下的比热容相同的场景，膨胀期间温度和压力的改变在大小上更大。

在图2G中，工作材料的热力学状态对应于图1的站356处的工作材料的状态。在该示例中，处于状态356和状态355的工作材料的体积相同。在站355与站356之间，电场生成装置被配置成将工作材料内的电场强度减小回至关断配置，即站353或352处的配置。如所提及的，在描绘的简化示例中，关断配置对应于在电场生成装置387的电导体385和386中不存在净电荷的配置。在站355与站356之间，工作材料的恒定体积下的比热容减小，并且基本上返回至站352和353处恒定体积下的比热容的值。因此，站356处的温度和压力低于站355处的温度和压力。温度降低是由于工作材料中物体的DOF的DE增加，以及从其他DOF进入经历DE增加的DOF的相应热量流动。该过程可以被认为是在站353与354之间恒定体积下的比热容减小的逆过程。注意，在图1中的站356处的压力以及因此的温度也低于图1的站352处的压力以及因此的温度。

在图2H中，工作材料的热力学状态对应于图1的站356与352之间的工作材料的状态。在该示例中，处于状态356和状态352的工作材料的体积相同。在站356与352之间，工作材料通过外部环境384经由热流“QIN”而被加热，使得加热过程完成时工作材料的温度与站352处的温度相匹配。例如，如图3A至图3H的上下文中所描述的，经由通过体材料381的热传导，热流QIN可以从外部环境384递送至室371中的工作材料。

在图1和图2A至图2H中描绘的理想情况下，工作材料对致动装置373执行净机械功。换句话说，“WOUT”的大小大于“WIN”的大小。如图3A至图3H的上下文中所描述的，用于由工作材料执行的净机械功的能量的来源是工作材料的内部能量，在标称的稳定的操作期间的热力学循环期间，工作材料的内部能量通过由工作材料从外部环境384吸收的热来补充。对于图1所示的特定循环，贯穿一个热力学循环由工作材料执行的净机械功等于站356与站352之间的由工作材料吸收的净热。

在一些实施方式中，外部环境384例如包括地球大气。外部环境384也可以是分离的热储。外部环境384可以例如包括冰箱的室。如在图3A至图3H的上下文中更详细地描述的，在一些实施方式中，外部环境384可以包括电子电路。

图5A至图5N示出了用于示例性操作方法的本发明的一个实施方式在不同时间点处的截面图。

存在包括工作材料的内区域34。工作材料例如可以是气体，例如空气、氦气、或氮气。工作材料也可以是液体，例如水。在图4和图5A至图5N所示的实施方式中，为了简单起见，工作材料被视为理想气体。

内区域在形状上为圆柱形，当沿着X方向观察时具有圆形截面。在其他实施方式中，内区域的截面几何形状可以是环形或环状的。在其他实施方式中，截面几何形状可以是例如正方形或矩形。

在所示的简化的实施方式中，假设外部区域35中的压力在整个标称操作中基本恒定。在其他实施方式中，这不需要是这种情况。例如，外部区域35可以是大气。外部区域35也可以是分离的储存体。

套管装置26被配置成向实施方式25的内室34和其余部分提供结构支撑。套管装置26的体材料27可以包括金属，例如铝或铁。体材料27还可以包括复合材料，例如玻璃纤维或碳纤维。

压缩装置被配置成对工作材料做功。在图5A至图5H所示的简化的实施方式25中，压缩装置由包括活塞头部29和活塞轴30的活塞装置28来实施，当沿着X方向观察时，活塞头部和活塞轴两者均具有圆形截面。在其他实施方式中，压缩装置可以包括涡轮机械，例如轴流式压缩机或离心式压缩机。在一些实施方式中，压缩装置还可以包括配置成使自由流流体流减速的管道。

膨胀装置被配置成允许工作材料对本发明的实施方式做功。在图5A至图5N所示的简化示例中，膨胀装置也由活塞装置28来实施。在其他实施方式中，膨胀装置可以包括涡轮机械，例如轴流式涡轮机或离心式涡轮机。在一些实施方式中，膨胀装置还可以包括配置成使工作材料加速的管道。

入口装置被配置成允许工作材料流入内区域34中。在简化的实施方式25中，入口装置由具有内通道45的入口管装置43来实施。在其他实施方式中，例如，入口装置可以通过导管来实施。

出口装置被配置成允许工作材料从内区域34中流出。在简化的实施方式25中，出口装置由具有内通道38的出口管装置36来实施。在其他实施方式中，例如，出口装置可以通过导管来实施。

每单位质量的体积力的生成装置或“BFGA”位于内区域34附近。BFGA被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，该体积力的大小可以被调节。BFGA包括第一导体51和第二导体52，其两者均可以静电带电。充电过程可以包括在第一导体51与第二导体52两端施加电压差。例如，该电压差可以由电池来提供。第一导体51和第二导体52以及套管装置26的体材料27的部分彼此电绝缘。诸如绝缘铜导线的电导体将第一导体51连接至电压源，并且将第二导体52连接至电压源。这些电导体未示出。在第一导体51与内区域34之间以及第二导体52与内区域34之间之中，体材料27被配置成不导电。实际上，第一导体51和第二导体52可以被认为是电容器的相对板，其中，这些板之间的电介质包括工作材料以及第一导体51与第二导体52之间的体材料27的有关部分。在所示的实施方式中，第一导体51和第二导体52以如下方式配置：其中当第一导体51和第二导体52被相反地充电时，大多数电场线穿过工作材料。为此，第一导体51和第二导体52可以包括若干绝缘导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于X轴布置在第一导体51内。这可以用于防止或减少第一导体51和第二导体52内的任何不期望的电荷再分布。当沿着X方向观察时，第一导体51的截面围绕圆柱内区域34的中心轴线从10点钟位置到2点钟位置分布。注意，第一导体51在其他情况下在该简化的实施方式中，关于所述中心轴线轴向对称。类似地，第二导体从4点钟位置至8点钟位置分布。在其他实施方式中，第一导体51和第二导体52的弧长度可以在180度内变化。在其中内区域34在形状上为环形的实施方式中，当沿着X方向观察时，内区域34的截面区域由包含在两个不同半径的同心圆内的区域来描述。在这样的实施方式中，当沿着X方向观察时，第一导体51的截面区域描述了位于内区域34的环形截面外部的相似的环形区域，并且第二导体51的截面区域描述了位于内区域34的环形截面内部的相似的环形区域。

在其中内区域34在形状上为正方形，其中边界平行于Y轴或Z轴的实施方式中，当沿着X方向观察时，第一导体51的截面区域由矩形描述，其中边界平行于Y轴或Z轴，并且其中沿着Z轴的长度基本上等于内区域34沿着Z轴的长度。在一些实施方式中，第一导体51沿着Z轴的长度可以大于或小于内区域34沿着Z轴的长度。第二导体52被配置成与第一导体51对称，其中，对称的平面平行于XZ平面并且与内区域34的形心一致。在其他实施方式中，第二导体52不需要与第一导体51对称。

在其他实施方式中，第一导体可以位于活塞头部29内，并且第二导体可以位于内区域34的相对面内，即，沿活塞头部29的负X方向定位。在这样的实施方式中，入口和出口装置可以位于内区域34的其他面处，即，沿内区域34的与如图5A所示的负X方向相对照的正和负Y方向定位。BFGA的各种各样的其他配置在本发明的范围内。

图5A所示的配置对应于图4所示的站1处的工作材料的配置。在该配置中，BFGA没有对工作材料内的任何物体施加大量的体积力。因此，可以将BFGA视为关断，即，第一导体51和第二导体52带中性电。

图5B所示的配置对应于图4所示的站2处的工作材料的配置。在该配置中，BFGA可以被认为已经接通，如所指出的，其中第一导体51静电带正电，并且第二导体52静电带负电。如所提及的，例如，这可以通过将电池的正极端子和负极端子分别电连接至第一导体51和第二导体52来实现。第一导体51和第二导体52静电带电的其他方法是可用的。例如，可以采用不同的电压源，例如发电机或电容器。

根据本发明的一些实施方式，并且如下所述，被激活的BFGA的净效应是工作材料的恒定体积和恒定压力下的比热容增加。由于在BFGA的整个激活中工作材料的体积保持恒定，因此恒定体积下的比热容的增加对应于工作材料的温度和压力的降低，如图4的站2所示。实际上，从站1至站2的转变可以描述为等容解压缩10。在其他实施方式或其他操作方法中，例如，从站1至站2的转变可以描述为比容的等压减小。在其他实施方式或操作方法中，压力和比容可以沿任何方向变化。例如，可以通过压缩或膨胀装置来对工作材料做功，或者可以从工作材料添加或移除热量或质量。在图4和图5A至图5B所示的简化的实施方式中，没有热量、功、或质量与环境交换。注意，在其他实施方式中，BFGA的激活可以降低比热容。在这样的实施方式中，在从站1至站2的整个转变中，BFGA被去激活，或者BFGA的激活水平被减小，使得站2的比热容大于站1的比热容。

图5C所示的配置对应于图4所示的站2与站3之间的工作材料的绝热压缩11。在整个该过程中，压缩装置对工作材料做功。致动器将活塞装置28移动至套管装置26中，降低了内区域34的体积并且增加了工作材料的压力。该致动器可以是电机或经由曲轴连接至第一实施方式25的第二实施方式。注意，在整个该过程中BFGA保持激活状态。在一些实施方式中，有必要减小在整个压缩过程中在减小的内区域34附近的BFGA的激活的大小，以便避免电弧放电，即包括工作材料和体材料27的部分的电介质的击穿。在其他实施方式或操作方法中，例如，站2与站3之间的压缩过程不需要是绝热的，而可以是等温的，或者以其他方式是多变的。

图5D所示的配置对应于图4所示的站3处的工作材料的配置。

图5E所示的配置对应于图4所示的站4处的工作材料的配置。在该配置中，BFGA可以被认为已经关断。换句话说，就BFGA对工作材料的效应而言，可以认为BFGA已经返回至站1处的原始配置。在其他实施方式中，这不需要是这种情况，即，BFGA可以处于站1与站3处的激活水平之间的激活水平。通常，站4处的BFGA可以以其中站4处的比热容低于站3处的比热容的方式来配置。在图5E和图4所示的实施方式中，站4处的比热容与站1处的比热容相同。如前所述，从站3至站4的转变可以被认为是等容压缩12，与周围环境没有热量、质量、或功的交换。注意，工作材料的周围环境也包括BFGA。在图5A至图5N所示的实施方式中，假设BFGA激活水平的变化会释放、消耗、或需要可忽略的能量的量，并且对工作材料执行可忽略的功的量，并且反之亦然。注意，在其他实施方式中，BFGA的激活水平的变化可以消耗或释放能量。该能量中的一部分可能不可逆地损失。如以下将讨论的，在这些过程中释放的能量的至少一部分可以被回收和存储在电池或其他能量存储设备中，并且在稍后的时间点处重新使用，或立即重新使用。

图5F所示的配置对应于图4所示的站4与站5之间的工作材料的绝热膨胀13。在整个该过程中，工作材料对膨胀装置做功。发电机回收由流体对活塞装置28所做的功，增加了内区域34的体积并且降低了工作材料的压力。该发电机可以是发电机或经由曲轴连接至第一实施方式25的第二实施方式。注意，在整个该过程中BFGA保持去激活状态。由于绝热膨胀13的热容相比于绝热压缩11较低，因此绝热膨胀13的比热的比率较大。在其他实施方式或操作方法中，例如，站4与站5之间的膨胀过程不需要是绝热的，而可以是等温的，或者以其他方式是多变的。

图5G所示的配置对应于图4所示的站5处的工作材料的配置。

图5G所示的配置对应于图4所示的站5处的工作材料的配置。在该配置中，BFGA可以被认为已经关断。注意，在压力相同的情况下，站5处的工作材料的温度和比容低于站1处的工作材料的温度和比容。在从站1至站5的整个转变过程中，工作材料的温度已经减小，而压力还没有整体改变。因此，本发明的实施方式可以用于其中需要制冷工作材料的应用中。

图5H所示的配置指示实施方式25在出口管装置36的内开口39通过阀轴42沿正X方向的移动而打开之后的配置。注意，出口管装置36内的工作材料的温度和压力基本上等于站5处的工作材料的温度和压力。

图5I所示的配置指示通过压缩装置的作用、即活塞装置28沿负X方向的运动来将工作材料从出口管装置36的内开口39排出。贯穿该过程，内区域34内的压力在该简化的示例中保持基本恒定。

图5J所示的配置指示实施方式25在工作材料从出口管装置36的内开口39排出完结时的配置。

图5K所示的配置指示实施方式25在出口管装置36的内开口39通过阀轴42沿负X方向的移动而封闭之后的配置。

图5L所示的配置指示实施方式25在入口管装置43的内开口46通过阀轴49沿正X方向的移动而打开之后的配置。注意，入口管装置43内的工作材料的温度和压力基本上等于站1处的工作材料的温度和压力。

图5M所示的配置指示通过压缩装置的作用、即活塞装置28沿正X方向的运动来将工作材料抽吸通过入口管装置43的内开口46。贯穿该过程，内区域34内的压力在该简化的示例中保持基本恒定。

图5N所示的配置指示实施方式25在活塞装置28返回至站1的配置之后的配置。

图5A所示的配置指示实施方式25在入口管装置43的内开口46通过阀轴42沿负X方向的移动而封闭之后的配置。

图5H至图5N所示的重新配置描述了内区域34的体积减小以及在恒定压力下工作材料从内区域34排出至第二热储中，以及将工作材料从第一储存体抽吸至内区域34中。在一些实施方式中，第一储存体和第二储存体是相同的，即是同一个。在一些实施方式中，工作材料可以是空气，并且第一储存体和第二储存体可以是地球的大气。在图4的站5与站1之间，工作材料可以被等压加热，如由图4的等压膨胀16所示。例如，该加热过程可能发生在第二储存体中。

因此，图5A至图5N描述了类似于四冲程往复式发动机的循环。在其他实施方式或操作方法中，可以使用类似于二冲程往复式发动机的配置和操作。遵循图5A至图5N所示的以及本文中描述的简化的实施方式的相同原理，其他实施方式可以像涡轮轴发动机一样配置和操作。其他实施方式可以像其他涡轮机械例如涡轮风扇发动机或冲压喷气发动机一样配置和操作。

在一些实施方式中，图5A至图5N所示的装置可以连续地操作，由于图5N所示的配置之后的配置对应于图5A所示的配置。

多个热力学装置或储存体可以连接至出口管装置36的外开口40和入口管装置43的外开口47。例如，大气可以位于外开口40和47之外。替选地，连接管可以将外开口40连接至外开口47。所述连接管可以穿过热交换器并且从分离的储存体吸收热量。例如，分离的储存体可以是冰箱的内部。在一些实施方式中，诸如轴流式压缩机、离心式压缩机、或往复式压缩机的压缩机可以位于外开口47的上游。在一些实施方式中，诸如轴流式涡轮机、离心式涡轮机、或往复式发电机的涡轮机可以位于外开口40的下游。在一些实施方式中，诸如轴流式压缩机、离心式压缩机、或往复式压缩机的压缩机可以位于外开口40的下游。在一些实施方式中，诸如轴流式涡轮机、离心式涡轮机、或往复式发电机的涡轮机可以位于外开口47的上游。在一些实施方式中，热交换器可以位于外开口40的下游或外开口47的上游。在一些实施方式中，往复式内燃机可以位于外开口40的下游。在一些实施方式中，涡轮轴发动机可以位于外开口40的下游。本发明的实施方式可以用于预冷却进入燃机的流体，其中，燃机可以是任何类型的，例如往复式或涡轮喷气式。这可以减小峰值温度或提高这样的燃机的效率。图4所示的热力学循环产生净机械功输出。该机械功也可以通过发电机的方式转换成电能。因此，本发明的实施方式也可以考虑用于涉及生成或消耗电力的应用。当热力学循环其中初始站类似于图4中的站5而反向运行时，本发明的实施方式可以用于将机械功转换成热能。

在一些实施方式中，从站1至站5的转变可以重复若干次，然后将工作材料从内区域34排出到出口管装置36中。在一些实施方式中，在站5处可以将工作材料从第一实施方式排出并且抽吸至第二实施方式中。换句话说，第二实施方式的站1可以与第一实施方式的站5相同。因此，本发明的若干实施方式可以串联连接。

根据本发明的一些实施方式，工作材料的温度由修改装置进行修改。根据本发明的一些实施方式，修改装置修改或施加作用在工作材料的物体或部分物体上的每单位质量的体积力，以修改工作材料的宏观热力学性能，例如工作材料的比热容。例如，比热容可以指恒定体积下的比热容、或恒定压力下的比热容、或比热容的比率。如所提及的，可以通过各种各样的方法来生成或修改每单位质量的体积力。根据本发明的一些实施方式，每单位质量的体积力的这种变化用于修改工作材料中至少一个物体的受激发的自由度或“EDOF”的数目、或工作材料中至少一个物体的至少一个EDOF的激发度。在一些实施方式中，修改被配置成增加EDOF的数目。在其他实施方式中，修改被配置成减少EDOF的数目。在一些实施方式中，修改被配置成修改DOF的激发度，其中，该修改可以是激发度的增加或降低。

例如，在其中工作材料是气体的情况下，工作材料的物体可以是单独的气体分子。工作材料也可以描述为介质。在此使用的术语“介质”描述了能够容纳、携载、传输、或传递感兴趣的物体的任何材料。例如，介质可以是气体、液体、固体。默认情况下，介质是指与指定装置相互作用的所有物体的集合。本文中使用的术语“物体”描述了介质的任何组成部分。物体可以描述为粒子，例如分子的集合、例如尘埃粒子或例如巴克敏斯特富勒烯的大分子、或单分子例如水分子。物体的其他示例是亚原子粒子，例如电子或质子。物体也可以描述为波，例如光子或声子。本发明适用于可以被认为包括不同物体的任何介质或工作材料，其中，可以通过EDOF修改装置来修改工作材料内的至少一个物体的EDOF的数目或至少一个EDOF的激发度。

例如，如由量子力学所描述的，受激发的自由度或“EDOF”是不能被认为已经冻结的介质或工作材料的物体的自由度。例如，室温下的双原子氧分子可以被认为具有五个EDOF，包括与分子质心在笛卡尔惯性系的三个方向上运动的平移动能相关联的三个EDOF，以及与分子绕垂直于分子的长轴且彼此垂直的两个轴旋转的旋转动能相关联的两个EDOF。注意，在这种场景中，其他DOF可以被认为在室温下冻结。这些冻结的DOF包括与原子沿原子间势的振动运动相关联的两个DOF，即，平移动DOF和势DOF。可以将势定义为相对于指定参考点的位移上的每单位质量的体积力值的积分。另一冻结的DOF是与绕分子的长轴旋转相关联的旋转动DOF。这是与DOF相关联的能量的允许值被量化的结果。能量状态之间的能量差的增加、或物体温度的减小可以减少物体可访问的能量状态的数目，这可以减少与DOF相关联的平均能量，即，减少DOF的比热容。

在本文中，温度——与DOF相关联的预期能量在该温度处不可忽略——称为“转变温度”。在高于指定的DOF的转变温度的温度处，DOF可以被认为是EDOF。注意，随着介质温度逐渐升高超过转变温度，特定DOF中物体的预期能量逐渐增加。在高于转变温度的足够大的温度下，特定DOF中物体的预期能量接近由均分定理所预测的能量。因此，根据特定温度下特定DOF中的物体的实际预期能量与由均分定理预测的与该DOF相关联的预期热能之比可以量化“激发度”或“DE”。默认情况下，转变温度对应于激发度为0.01的温度。

存在可以通过本发明的实施方式来修改EDOF的数目或DOF的DE的若干方式。

例如，考虑包括至少一种极化分子的工作材料，其中，极化可以是磁的或电的，并且其中，极化可以是永久的或由外部施加的电场或磁场感应的。在这种情况下，外部施加的电场或磁场可以产生关于分子质心的力矩，该分子的极化轴不与电场对准。该力矩是由作用在部分分子上的每单位质量的体积力在如下位置和取向上产生的，其导致体积力的作用线不一致。在一些实施方式中，为简单起见，在整个工作材料上，外部施加的场在大小和方向上可以基本均匀。在其他实施方式中，这不必是这种情况。由于力矩作用在其极化轴不与外部施加的场对准的极化分子上，因此极化轴的旋转可以改变分子的势能。该旋转可以根据关于彼此垂直的两个轴和极化轴的旋转来表示。因此，外部施加的电场或磁场已经将两个振动模式添加至分子的DOF。由于这些振动模式的动DOF在该场景中被默认激发，因此仅添加了两个另外的DOF，即与极化分子的旋转势能相关联的DOF。实际上，BFGA被配置成创建或修改旋转势。在一些实施方式中，可以以激发两个另外的DOF、即变成EDOF的方式或者以修改两个EDOF的DE的方式来配置外部施加的场的强度。DOF的增加的DE可以增加工作材料的比热容，并且减小比热容的比率。图5A至图5N所示的实施方式中采用了修改比热容的特定方法。相应地，图5A至图5N中的工作材料包括至少一种可极化、多原子分子，其DOF的DE可以以上述方式被修改。例如，工作材料可以是空气。注意，例如，空气包括双原子的氮气和氧气。

对于一些实施方式，也可以采用外部施加的电场或磁场，以修改现有的DOF或EDOF的DE。例如，修改外部施加的场的强度可以改变诸如多原子或双原子分子的物体的形状或尺寸。例如，外部施加的电场的强度的增加或降低可以增加或降低双原子分子的原子之间的分离距离。在一些实施方式中，修改外部施加的场可以修改分子中原子间振动模式的刚度。例如，当原子间势是分离距离相对于原子之间平衡分离距离的非抛物线函数、即非霍克函数时，这可以是这种情况。分离距离的改变或刚度的改变可以被配置成改变与原子间振动模式相关联的DOF的转变温度，这继而可以修改振动模式的DOF的DE。DOF的修改后的DE也可以修改工作材料的比热容。

在另一示例中，BFGA可以用于修改至少一个现有平移DOF的DE、或者创建和修改新平移DOF的DE。例如，BFGA装置可以被配置成创建针对现有平移DOF的平移振动模式。例如，包含在工作材料中的带中性电的物体可以被暂时电离。若干方法可用于实现此目的。例如，在场解吸方法中，具有足够强的大小的局部电场能够从分子中移除电子。这些局部电场可以由电场放大装置或“EFAA”生成。EFAA可以包括碳纳米管或导体，例如金属，其在表面上具有细微的突出部，其中例如可以使用化学蚀刻来生成薄的突出部。当连接至外部电压源例如电池时，这些EFAA可以被配置成产生足够强度的局部电场，以电离工作材料中的相邻分子。在一些实施方式中，在外部电压源与EFAA之间放置电容器。在这种情况下，通过EFAA附近的强电场可以将从工作材料的单原子或多原子分子中移除的电子存储在所述电容器中。因此，通过减少施加在电容器上的外部电压，可以在需要时将电子返回至工作材料。

在一些实施方式中，经结合的电离和中和过程不可逆地消耗可忽略的外部能量的量。在其他实施方式中，例如，由于热损失、电阻损失、隧穿损失而存在与电离和中和过程相关联的净能量损失。若干方法可用于减轻这样的损失。例如，可以在电容器与EFAA、或电池与电容器之间放置电机或发电机。因此，由于中和过程而导致的任何电流流都可以转换成有用功或电能，这可以用在或存储在稍后使用的电池或电容器中，其中稍后使用的情况可以包括后续的电离过程。在一些实施方式中，例如，在中和或电离过程期间释放的能量的至少一部分可以通过能量回收或存储机构例如电机、电池、电容器、或电感器来回收，并且后续施加至电离或中和过程，或者用于做有用功。

考虑图4中描述的方法的上下文中的以下示例。在一些实施方式中，例如涉及工作材料内物体的电离的前述实施方式中，即使比热容增加，工作材料的电离仍可以增加工作材料的压力。压力的增加产生于电离工作材料的相等带电的物体之间的静电排斥力。在整个电离过程中，即BFGA的激活水平变化过程中，BFGA增加了工作材料的物体的势能，并且因此对工作材料做功，导致工作材料的压力也增加，即使比热容增加。这与图4所示的情况不同，其中，假设站1与站2之间BFGA的激活水平的改变对工作材料不做功，并且在工作材料与外部环境之间不传递热量或质量，导致压力降低。在电离过程期间，由BFGA消耗的功，即BFGA对工作材料所做的功被称为“另外的功A”。

除了在电离过程期间由BFGA消耗的功之外，电离的工作材料的后续压缩可以比图4中从站2至站3所描绘的绝热压缩11消耗更多的功。图4所示的站2与站3之间绝热压缩过程期间对电离的工作材料所做的功与绝热压缩11期间对中性工作材料所做的功的差异被表示为“另外的功B”。注意，压缩装置对工作材料做另外的功B。在BFGA的激活水平的后续减小期间，可以回收另外的功A和另外的功B之和的至少一部分。对工作材料的压缩已经增加了内区域34内的电荷密度。换句话说，另外的功B以势能的形式存储在内区域34内。由于另外的功B，内区域34内的该较大电势能以及与另外的功A相关联的原始势能可以用于在去离子过程期间做电功。例如，去离子或中和过程期间的电流流可以用于驱动发电机。该电功小于或等于前述另外的功A和B的总和。以这种方式，由BFGA和压缩装置消耗的至少一部分另外的功可以在去离子过程期间回收。

注意，前述电离装置可以描述为每单位质量的体积力的感应装置。然而，出于一般性考虑，即使每单位质量的体积力由于电离装置的作用而作用在工作材料的各个物体之间，这样的装置也将被描述为BFGA。除了前述场解吸方法外，还可用各种各样的其他电离装置和方法，例如光电离、电子俘获电离、或电子轰击电离。例如，后者机构存在于辉光放电管中。

由于电离，工作材料中先前的中性分子带电。在一些实施方式中，由于电离，分子平均带负电，而在其他实施方式中，分子平均带正电。在一些实施方式中，分子平均带中性电。例如，工作材料可以包括带正电的离子和自由电子。在一些实施方式中，工作材料可以描述为等离子体。注意，等离子体也可以平均带中性电。由于各个物体的电荷以及工作材料中库仑势的无限范围，因此存在在物体之间作用的不可忽略的每单位质量的体积力。电离装置可以以这些体积力导致平移势能的方式来配置，其可以向工作材料的DOF添加三个振动模式。由于在该示例场景中，在物体带中性电的情况下，已经激发了这些振动模式的三个平移动DOF，因此这些另外的振动模式可以为工作材料贡献三个另外的EDOF，即与原子间或分子间或物体间势的振动模式的平移势DOF相关联的三个DOF。在其他实施方式中，工作材料中的物体可以在与电离装置相互作用之前带电。在这种情况下，电离装置可以被配置成增加或降低工作材料的物体的电荷量。注意，本文中使用的术语“电离”表示物体的电荷量的修改。工作材料中物体的电荷量的修改可以修改与原子间或分子间或物体间势相关联的刚度。如所提及的，刚度的变化可以改变与物体的相应的平移势DOF相关联的转变温度，这可以改变这些DOF的DE。通过本发明的实施方式可以采用创建新的EDOF、消除或中和现有的EDOF、或修改现有的DOF的DE，以人为地和故意地修改工作材料的比热容。

前述示例包括物体间平移势的创建或修改，即作用在工作材料内物体的质心之间的每单位质量的体积力的引入或修改。在这些或其他实施方式中，可能存在物体间旋转势。例如，这可以是物体的电离与物体的极化一致的情况。在这种情况下，电离的物体可以携载永久极化，例如水分子。如所提及的，电离的物体还可以通过外部施加的场被分离地极化。

在一些实施方式中，可以在外部装置与工作材料中的物体之间建立平移势。在这种情况下，外部装置和包含工作材料的装置即套管装置以如下方式配置：前述物体的平移势可以在工作材料内物体的平均自由路径内变化足够的量。这确保了在瞬时间的平移势中的物体的能量可以被认为是各个物体的微观DOF，如与工作材料的一部分即大量的相邻物体的宏观状态相对照的。为此，BFGA可以以如下方式插入至或放置在工作材料中：与BFGA相互作用的工作材料的物体的势能的足够空间变化发生在小于或等于工作材料中物体的平均自由路径的数量级的长度范围内。

在另一示例中，BFGA可以包括位于工作材料内的若干细的、平行圆柱体管。圆柱体管均匀地间隔开，其中它们的中心轴在垂直于中心轴的平面上与正方形图案的节点相交。垂直于长轴的圆柱体管的分离距离是工作材料的物体的平均自由路径的量级。存在绝缘的电荷集合体嵌入在圆柱体管中，所述绝缘的电荷集合体被配置成在其附近的工作材料的物体上施加每单位质量的体积力。电荷集合体可以是导体，例如诸如铜的金属，其被例如玻璃或塑料的绝缘材料包围。例如，圆柱体管可以是碳纳米管或电线。在一些实施方式中，每单位质量的体积力可以被配置成将物体吸引至圆柱体管的表面。因此，可以认为BFGA被配置成吸附或吸引工作材料的物体。在物体是可极化的或经极化的分子的情况下，沿着圆柱体管的长度嵌入在圆柱体管内的电荷集合体导致径向降低的电场强度，电场强度可以使分子极化和/或将经极化的的分子吸引到圆柱体管的表面。注意，前述径向降低是相对于圆柱体管的中心轴线测量的。在一些实施方式中，圆柱体管内的电荷集合体可以具有相同的电荷极性和密度。在一些实施方式中，相邻圆柱体的电荷集合体可以具有相反的极性，使得BFGA的净电荷基本上为零。在一些实施方式中，BFGA的净电荷不必为零，并且相邻圆柱体管的电荷极性可以相同。由于BFGA的圆柱体管之间的间距是工作材料中物体的平均自由路径的量级，因此每单位质量的体积力和相关联的势阱已经将至少两个平移振动模式添加至工作材料中的物体。更具体地，与沿着两条轴线的振动模式相关联的两个平移势DOF已经被添加至工作材料内的物体的DOF的总数中，上述两个轴线垂直于圆柱体管的长轴并且彼此垂直。在一些实施方式中，对于一些配置或应用，这可以增加EDOF的数目或修改工作材料的物体的现有DOF的DE。

在一些实施方式中，圆柱体管内的电荷集合体也可以被配置成沿着圆柱体管的长度产生空间周期性变化的势场，其中，该周期为工作材料中物体的平均自由路径的量级。例如，在物体是可极化分子的情况下，圆柱体管可以包括沿着圆柱体管的长度的若干绝缘的电荷集合体，其中，相邻电荷集合体的电荷极性沿着管的长度交替变化。以这种方式，沿着管的长度产生电场强度梯度，这修改了沿着圆柱体管的长度行进的作用在物体上的每单位质量的体积力的强度和交替方向。这导致由物体经历的沿着圆柱体管的长度行进的周期性变化的势场。该势场的幅度和空间变化可以被配置成沿着沿圆柱体管的长度的轴线添加与振动模式相关联的平移势能DOF。在一些实施方式中，可以适时修改电荷集合体中的电荷量。以这种方式，可以适时故意地修改工作材料中物体的DOF的DE或EDOF的数目。在其他实施方式中，圆柱体管可以被插入以及从工作材料中移除。在这样的实施方式的子集中，在插入或移除BFGA期间，工作材料的体积可以保持恒定。

在一些实施方式中，不需要通过专用的电荷集合体来生成前述的每单位质量的体积力和相关联的势场。反而，可以采用作用在BFGA的分子与工作材料的物体之间的现有力例如范德华力来生成所需的势场。例如，在前述圆柱体管的分子与工作材料的物体之间可以存在范德华力或偶极-偶极相互作用力。圆柱体管之间的间距可以以如下方式配置：工作材料中物体的足够的部分位于与这些相互作用相关联的势场内，并且物体的势能的足够的变化能够发生在工作材料内物体的平均自由路径中。在一些实施方式中，相邻圆柱体管之间的间距可以小到这样的程度：平移动DOF的DE被减小，即，与三个正交笛卡尔方向中的物体的平移相关联的三个平移动DOF的转变温度被增加。

先前的段落已经描述了本发明的实施方式如何可以采用BFGA，以便人为地和故意地修改工作材料中物体的现有DOF的DE或EDOF的数目。

存在多种方式可以生成前述每单位质量的体积力。体积力可能产生于物理或常规势场梯度的存在。一个这样的示例是由电势的梯度产生的力。例如，介质的要素可以被配置成带电的。在介质的上下文中，例如，术语“要素”是指介质的组成部分，例如亚分子粒子、分子、或分子的不同或特定的集合。在气体的情况下，例如，分子可以是带正电或带负电的离子。介质也可以包括移动电子或空穴的集合。注意，该集合可以被包含在固体中，例如金属导体中包含的电子，或者该集合可以描述为气体。通过在储存体中施加电场，可以在储存体内部的介质的带电要素上生成每单位质量的体积力。例如，在物体带负电的情况下，可以通过如下方式生成电场：在包含带负电的物体即工作材料的介质的附近或在其本身处的绝缘材料内嵌入正电荷。这些正电荷对带负电的移动物体生成每单位质量的吸引体积力。

对于其他实施方式，使用、采购、或创建具有移动电荷的介质可能是不可能或不方便的。在这种情况下，可以通过施加电场将介质的要素极化，例如空气分子，或者这些要素可能已经具有本征极化，就像在极性分子例如水分子的情况下。当放置在电场梯度中时，这些极化的要素可能经受体积力。注意，所述力的大小取决于极化轴相对于电场的取向连同其他参数。因此，电场可以被配置成对储存体中介质中的极性要素生成每单位质量的体积力，以及如果必须的话使介质中的要素极化。可以以多种方式施加适合的电场，例如前述将静电荷嵌入绝缘材料中，其中，电荷的位置和大小被配置成产生所需的电场梯度。例如，可以将交替的正负绝缘静电荷集合体放置在工作材料处或其附近。

磁性也可以用来生成体积力。介质可以包括抗磁性、顺磁性、或铁磁性元件。当磁化后，介质中的各个要素可以形成磁偶极子，或者这些要素可能已经具有本征磁偶极子，例如电子。当这些磁偶极子放置在具有非零卷曲度或梯度的磁场时，它们可以经受体积力。注意，体积力的大小是磁偶极子相对于局部磁场的取向连同其他参数的函数。因此，外部磁场可以被配置成对储存体中介质中的磁化后的要素生成每单位质量的体积力，以及如果必须的话磁化介质中的要素。磁场可以由铁磁体或其他至少瞬时磁化的元件生成，或者由流过电磁体的电流连同其他方法一道生成。

每单位质量的体积力也可以产生于惯性效应。例如，工作材料可以在惯性系中经受加速。这导致工作材料即物体的要素相对于包含工作材料的储存体加速。加速度与作用在相对于储存体的介质的要素上的每单位质量的体积力具有相同的效应。惯性力可以通过线性加速度，即储存体沿着惯性系中的直线运动来生成。惯性力也可以通过角加速度，即储存体沿着弯曲路径运动来生成。通常，惯性力可以通过惯性系中的任何加速运动生成。注意，在本实施方式中，向心加速度随半径线性变化。如果期望介质的每单位质量的基本均匀的体积力，则所描绘的装置可以位于较大的半径处，其中，该装置的径向维度仅是所述半径的一部分。例如，储存体可以经受大的惯性加速度，这可以引起作用在介质的物体上的每单位质量的大的有效体积力。当体积力足够大，并且储存体中物体的密度足够小时，每单位质量的惯性体积力可以产生与储存体中各个物体相关联的振动模式或平移势DOF。在这种情况下，对于一些实施方式，势DOF可以添加一个另外的EDOF，或者改变现有DOF的DE，其中，DOF与沿着与每单位质量的体积力的方向平行的方向移动的工作材料的物体的势能相关联。在一些实施方式中，可以以这种方式修改超过一个DOF的DE。

采用其他类型的每单位质量的体积力或其组合的实施方式在本发明的精神和范围内。

如所提及的，通过改变工作材料中至少一个物体的至少一个DOF的DE，可以修改恒定体积下的比热容或者恒定压力下的比热容。对于恒定体积下的隔离的储存体，在其他条件不变的情况下，恒定体积下的比热容的变化可以改变工作材料的温度，并且可以改变恒定压力下的比热容与恒定体积下的比热容的比率。根据本发明的一些实施方式，该温度变化可以用于减小工作材料的温度。例如，这种温度减小可以用于涉及制冷的应用中。

图6是本发明的一些实施方式的截面图。所示的实施方式60关于平行于Y轴并且与实施方式60的中心一致的轴线以圆柱的方式对称。因此，外表面85是锥形圆柱体的形状。

实施方式60包括具有位于第一开口63与第二开口68之间的内部表面87的通道62，其中，该通道包括第一收缩部64、第一膨胀部(expansion)65、第二收缩部66和第二膨胀部67。当沿着Y方向观察时，通道62的截面几何形状是圆形。注意，术语“收缩”和“膨胀”是指轴向对称通道的半径的大小。注意，对于其他实施方式或其他操作条件，通道半径或几何形状可以作为沿着Y轴的位置的函数以不同的方式改变，或者可以不同地配置。例如，在其他实施方式中，通道62的截面几何形状可以是环形或环状的。在其他实施方式中，外表面85或通道62的截面几何形状可以是正方形或矩形。在一些实施方式中，例如，通道62的截面几何形状可以沿正Y方向从正方形变为圆形。

体材料61可以包括诸如铝或钛的金属。体材料61也可以包括陶瓷。在一些实施方式中，体材料61包括复合物，例如碳纤维或玻璃纤维。体材料61还可以包括电绝缘体，例如玻璃。

注意，容纳在内部表面87和外表面85内的装置不必是固体材料，而是可以包含开放空间，以免不必要地增加实施方式60的质量或成本。

在图6中，实施方式60相对于工作材料以恒定的速度大小和方向移动。上游工作材料相对于实施方式60的速度方向平均上与Y轴对准，即，从页面的左侧指向页面的右侧。为了描述清楚，假设上游工作材料相对于实施方式60的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。在其他操作模式中，上游相对速度大小和方向在空间或时间上不必恒定。例如，上游相对速度大小可以根据时间增加或降低。

例如，工作材料可以是例如空气、氦气、或氮气的气体。工作材料也可以是液体，例如水。注意，水是可压缩的，尽管通常将其视为不可压缩的。在图6至图18所示的实施方式中，为简化起见，将工作材料视为理想的气体。在图6和图10中，为了描述清楚，将工作材料视为双原子理想气体。在图6至图18的实施方式中，工作材料可以是任何适合的材料，其中，适合性条件在下面说明。

在图6所示的配置中，实施方式60的例如在站69处的工作材料上游比工作材料中的声速更快地相对于实施方式60移动。通道62的第一收缩部64和第一膨胀部65两者均配置成沿正Y方向压缩流过通道62的工作材料。当沿着Y方向观察时，第一喉部被定义为具有在第一收缩部64与第一膨胀部65之间的通道62的最小截面区域的部分通道62。工作材料相对于实施方式60的平均速度在第一喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站71或70处，平均相对速度大于声速，以及还有下游例如在站72处，平均相对速度小于工作材料内的声速。在一些实施方式中，可以存在位于第一喉部与站72之间的冲击波。换句话说，第一喉部的工作材料下游的相对流速可以比工作材料内的声速快，其中，贯穿该冲击波，相对流速减小至比声速慢的速度。在该实施方式中，站71与72之间的工作材料的压缩可以描述为基本上绝热的压缩。在其他实施方式中，压缩可以包括从工作材料或向工作材料热传递。在其他实施方式中，该压缩可以至少部分地由轴流式压缩机例如在常规喷气发动机中发现的轴流式压缩机来执行。在其他实施方式中，例如，该压缩可以至少部分地由离心式压缩机来执行。在一些这样的实施方式中，实施方式的工作材料上游可以以比工作材料中的声速慢的速度相对于实施方式移动。通道62的第二收缩部66和第二膨胀部67两者均被配置成沿正Y方向使流过通道62的工作材料膨胀。当沿着Y方向观察时，第二喉部被定义为具有在第二收缩部66与第二膨胀部67之间的通道62的最小截面区域的部分通道62。工作材料相对于实施方式60的平均速度在第二喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站73处，平均相对速度小于声速，以及下游例如在站74处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站73与74之间的工作材料的膨胀可以描述为基本上绝热的膨胀。在其他实施方式中，膨胀可以包括从工作材料或向工作材料热传递。在其他实施方式中，该膨胀可以至少部分地由轴流式涡轮机例如在常规喷气发动机中发现的轴流式涡轮机来执行。在其他实施方式中，例如，该膨胀可以至少部分地由离心式涡轮机来执行。在一些这样的实施方式中，实施方式的工作材料下游可以以比工作材料中的声速慢的速度相对于实施方式移动。

虚线83和84指示停滞流线，所述停滞流线入射在实施方式60的前边缘上或者始于实施方式60的后边缘处。因此，流线83和84是流表面或流管的一部分，其使围绕实施方式60流动的工作材料与流过实施方式60的通道62的工作材料分离。在该实施方式中，当沿着Y方向观察时，流管是圆形的。

每单位质量的体积力的生成装置或“BFGA”75位于通道62附近。BFGA 75被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，该体积力的大小可以被调节。BFGA 75包括第一电荷集合体76和第二电荷集合体80。在所示的配置中，第一电荷集合体76带正电，以及第二电荷集合体80带负电。在其他实施方式中，电荷集合体中的电荷的极性可以被反向，即第一电荷集合体带负电，以及第二电荷集合体带正电。在一些实施方式中，两个电荷集合体中的电荷的极性相同，即两个电荷集合体可以带正电，或者两个电荷集合体可以带负电。在一些这样的实施方式中，第一电荷集合体与第二电荷集合体是不可区分。在这样的实施方式中，通道62内的电场强度在电荷集合体的附近足够强，使得通道62内的工作材料的比热容取期望值。

在图6所示的实施方式中，可以通过充电或放电或者减少电荷集合体中的电荷来调节电荷集合体中的电荷量。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括导体，该导体能够有利于电荷的积累或者导体中所包含的电荷量的减少。在一些适时情况下，在一些这样的实施方式中，电荷集合体中的电荷量可以被配置成零。充电过程可以包括在第一电荷集合体76与第二电荷集合体80两端施加电压差。例如，该电压差可以由电池来提供。第一电荷集合体76和第二电荷集合体80彼此电绝缘以及与体材料61的部分电绝缘。诸如绝缘铜导线的电导体将第一电荷集合体76连接至电压源，并且将第二电荷集合体80连接至电压源。这些电导体未示出。在第一电荷集合体76与通道62之间以及第二电荷集合体80与通道62之间之中，体材料61是电绝缘体。实际上，第一电荷集合体76和第二电荷集合体80可以被认为是电容器的相对板，其中，这些板之间的电介质包括工作材料以及第一电荷集合体76与第二电荷集合体80之间的体材料61的有关部分。在所示的实施方式中，第一电荷集合体76和第二电荷集合体80以如下方式配置：其中当第一电荷集合体76和第二电荷集合体80被相反地充电时，大多数电场线穿过通道62内的工作材料。为此，第一电荷集合体76和第二电荷集合体80可以包括若干绝缘导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于Y轴布置在第一电荷集合体76内。这可以用于防止或减少第一电荷集合体76和第二电荷集合体80内的任何不期望的电荷再分布。

根据本发明的一些实施方式，并且如下所述，在标称操作期间，BFGA 75的效应是在BFGA 75附近的通道62中的工作材料在恒定压力下的比热容的增加。在图6所示的实施方式和操作方法中，为简单起见，贯穿工作材料的恒定压力下的比热容的增加或降低，工作材料的压力是恒定的。恒定压力下的比热容的增加对应于工作材料的温度降低和密度增加。在图6中，这种恒定压力下的比热容的增加发生在站70与71之间。在该实施方式中，在站71与72之间，在恒定压力下的比热容基本上恒定。在站72与73之间，恒定压力下的比热容减小到站70或站69处的原始值。

实际上，从站70至站71的转变可以描述为等压压缩。在其他实施方式、或其他边界条件、或其他操作方法中，在比热容的整个变化中，压力不必恒定。例如，恒定压力下的比热容的增加或降低期间，压力可以增加或降低。例如，可以通过压缩或膨胀装置诸如管道或者通道62的收缩或膨胀或者轴流式涡轮机或压缩机来对工作材料做功，或者可以从工作材料添加或移除热量或质量。在图6所示的简化的实施方式中，在实施方式60的通道62内的工作材料与实施方式60的其余部分之间没有热量或质量交换。

BFGA被配置成由于工作材料与由BFGA生成的每单位质量的体积力的相互作用而改变工作材料的温度。为了解释该概念，考虑以下场景：其中贯穿BFGA的激活即作用在工作材料的物体例如原子或分子上的每单位质量的体积力的增加，工作材料的密度恒定。在这种场景中，在工作材料与环境之间没有交换任何功、热量、或质量。由BFGA生成的每单位质量的体积力可以被配置成增加工作材料中物体的平均势能。物体的平均势能的增加增加了工作材料的比热容。由于在这种场景中，在整个BFGA的激活中，工作材料中的总能量是恒定的，因此物体的平均势能的增加减小了工作材料中物体的平均动能。这对应于工作材料的压力的降低，并且解释了在这种等容场景中，即在密度或比容恒定的场景中工作材料的温度降低。以此方式，BFGA可以增加工作材料的比热容并且减小温度。

因此，可以认为BFGA的激活人为地冷却了工作材料。同样，在这种场景中，BFGA的去激活可以被认为是人为地加热工作材料。工作材料中物体的平均势能的大小可以通过BFGA来调节。由于在这种场景中没有与外部环境交换能量，因此可以通过BFGA的作用将物体的平均势能或势能“储存体”配置成人为的散热器或人为的热源。

根据本发明的一些实施方式，BFGA的激活水平控制每单位质量的体积力的强度，这继而调节了工作材料内物体的平均势能，这可以用于在工作材料的初始温度的范围内控制工作材料的温度。

注意，在图6所示的等压场景中，在整个BFGA的激活中对工作材料做功，并且密度增加而温度降低。

注意，为简单起见，在图6和图10所示的实施方式中，假设BFGA的激活水平的改变不消耗功。在一些实施方式中，BFGA的激活可能消耗功。在一些这样的实施方式中，在BFGA的去激活期间，可以回收该功的至少一部分。

如稍后将解释的，在一些实施方式或一些配置中，BFGA的激活还可以减小工作材料的比热容。在这种情况下，与替选场景相比，BFGA的激活和去激活的作用相反。

在其他实施方式中，电荷集合体中包含的电荷量在时间上是恒定的。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括嵌入电绝缘体内的电子、离子、或其他带电粒子。在一些这样的实施方式中，不需要用于调节电荷集合体中的电荷量的分离的电压源。

在其他实施方式中，第一电荷集合体和第二电荷集合体可以位于定位在第一喉部的中心通道上游和下游内的容器中。例如，带正电的容器可以大约位于站71处，并且带负电的容器可以大约位于站72处。在一些实施方式中，容器是绝缘的且流线型的。

在一些实施方式中，电荷集合体不与工作材料电绝缘。换句话说，电荷集合体的导体或带电板可以与工作材料直接物理接触。

图6还示出了作为沿着Y方向的位置的函数的物理参数的近似值的曲线图。

平行于Y轴的水平轴92指示了相应的物理参数被测量的Y方向上的位置。平行于X轴的垂直轴93示出了物理参数的值。注意，对于不同的物理参数，即曲线图中所示不同的线，垂直轴93的比例是不同的。

线94示出了工作材料相对于实施方式60的平均速度的大小作为Y方向上的位置的函数的变化。线95示出了站69处的工作材料相对于实施方式60的平均速度的大小值，以供参考。注意，站74处的工作材料相对于实施方式60的平均速度的大小大于在站69处的。

线96示出了工作材料在恒定压力下的比热容作为沿Y方向的位置的函数的变化。线97示出了站69处恒定压力下的比热容的值，以供参考。

线98示出了工作材料的温度作为沿Y方向的位置的函数的变化。线99示出了站69处的温度值，以供参考。注意，站74处的温度低于站69处的温度。因此，可以认为实施方式60用于对流过通道62的工作材料进行冷却或制冷。

线100示出了工作材料的静压力作为沿Y方向的位置的函数的变化。线101示出了站69处的静压力的值，以供参考。

本发明的一些实施方式产生净机械功输出。在所示的实施方式中，机械功用于加速工作材料，如由站74处的工作材料相比于站69的较大的平均相对速度94所指示的。相关联的推力可以用于抵消至少一部分拖曳力，该拖曳力由于通过工作材料的运动而作用在实施方式60和连接至其的任何装置上。在这样的应用中，实施方式60可以以与常规冲压喷气发动机类似的方式进行操作。

该机械功也可以通过发电机的方式转换成电能。例如，实施方式60可以刚性地连接至支撑臂，支撑臂刚性地连接至发电机的驱动轴，其中，轴轴线(shaft axis)平行于X轴，并且实施方式60的中心在YZ平面中以如下方式相对于轴轴线偏移：实施方式60上的推力关于轴轴线施加力矩。因此，本发明的实施方式也可以考虑用于涉及生成或消耗电力的应用。在另一类似的配置中，本发明的实施方式也可以刚性地连接至常规螺旋桨例如直升机主转子、常规固定翼飞行器螺旋桨、或船用螺旋桨的末端。因此，本发明的实施方式可以用于提供推进螺旋桨叶片穿过工作材料所需的至少一部分扭矩。

图7示出了图6所示的实施方式60当沿着Y方向观察时的截面图。第一电荷集合体76被布置成围绕通道62的环形弧，其中第二电荷集合体80以与YZ平面平行且与通道62的中心轴线相一致的平面与第一电荷集合体76呈镜像。

图8示出了本发明的另一实施方式的截面图。图8所示的实施方式具有与当沿着Z方向观察图6所示的实施方式60时的截面相同或相似的截面。图8中第一电荷集合体76和第二电荷集合体80的角度范围小于图7中的第一电荷集合体76和第二电荷集合体80的角度范围。

图9示出了本发明的另一实施方式的截面图。图9所示的实施方式具有与当沿着Z方向观察图6所示的实施方式60时的截面相同或相似的截面。在该示例中，外表面85和内部表面87描述为矩形形状。

图10示出了本发明的另一实施方式的截面图。图10所示的装置的一些特征以及装置的一些操作原理与其他图并且特别是图6中所示的装置享有相似之处，并且因此在图10的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。所示的实施方式110关于平行于Y轴并且与实施方式110的中心一致的轴线以圆柱的形式对称。因此，外表面139是锥形圆柱体的形状。

实施方式110包括环形通道142，该环形通道具有内部装置113和外部装置112以及位于第一开口125与第二开口134之间的外内部表面140和内内部表面141，其中，通道142包括第一阶段以及第二阶段，第一阶段包括第一收缩部126、第一膨胀部127、第二收缩部128和第二膨胀部129，第二阶段包括第三收缩部130、第三膨胀部131、第四收缩部132和第四膨胀部133。本发明的其他实施方式可以包括三个这样的阶段。而其他实施方式可以包括四个这样的阶段。其他实施方式可以包括更多的阶段。

体材料111可以包括类似于体材料61的适合的材料。

在图10中，实施方式110相对于工作材料以恒定的速度大小和方向移动。上游工作材料相对于实施方式110的速度方向平均上与Y轴对准，即，从页面的左侧指向页面的右侧。为了描述清楚，假设上游工作材料相对于实施方式110的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。在其他操作模式中，上游相对速度大小和方向在空间或时间上不必恒定。

在图10所示的配置中，实施方式110的例如在站155处的工作材料上游比工作材料中的声速更快地相对于实施方式110移动。通道142的第一收缩部126和第一膨胀部127两者均配置成沿正Y方向压缩流过通道142的工作材料。当沿着Y方向观察时，第一喉部被定义为具有在第一收缩部126与第一膨胀部127之间的通道142的最小截面区域的部分通道142。工作材料相对于实施方式110的平均速度在第一喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站156或155处，平均相对速度大于声速，以及还有下游例如在站157处，平均相对速度小于工作材料内的声速。如在实施方式60的上下文中所解释的，在一些实施方式中，可以存在位于第一喉部与站158之间的冲击波。在该实施方式中，站156与157之间的工作材料的压缩可以描述为基本上绝热的压缩。

通道142的第二收缩部128和第二膨胀部129两者均配置成沿正Y方向使流过通道142的工作材料膨胀。当沿着Y方向观察时，第二喉部被定义为具有在第二收缩部128与第二膨胀部129之间的通道142的最小截面区域的部分通道142。工作材料相对于实施方式110的平均速度在第二喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站158处，平均相对速度小于声速，以及下游例如在站159处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站158与159之间的工作材料的膨胀可以描述为基本上绝热的膨胀。由于站159处的工作材料的性能与站155处的工作材料的性能相似，因此第二阶段可以连接至第一阶段的末端，其中，第二阶段以与第一阶段相似的方式配置。类似地，多个连续阶段可以连接至第二阶段的末端，形成阶段的级联。

通道142的第三收缩部130和第三膨胀部131两者均配置成沿正Y方向使流过通道142的工作材料压缩。当沿着Y方向观察时，第三喉部被定义为具有在第三收缩部130与第三膨胀部131之间的通道142的最小截面区域的部分通道142。工作材料相对于实施方式110的平均速度在第三喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站159或160处，平均相对速度大于声速，以及此外下游例如在站161处，平均相对速度小于工作材料内的声速。如在实施方式60的上下文中所解释的，在一些实施方式中，可以存在位于第三喉部与站161之间的冲击波。在该实施方式中，站160与161之间的工作材料的压缩可以描述为基本上绝热的压缩。

通道142的第四收缩部132和第四膨胀部133两者均配置成沿正Y方向使流过通道142的工作材料膨胀。当沿着Y方向观察时，第四喉部被定义为具有在第四收缩部132与第四膨胀部133之间的通道142的最小截面区域的部分通道142。工作材料相对于实施方式110的平均速度在第四喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站162处，平均相对速度小于声速，以及下游例如在站163处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站162与163之间的工作材料的膨胀可以描述为基本上绝热的膨胀。

虚线144和145指示停滞流线，停滞流线入射在实施方式110的前边缘上或者始于实施方式110的后边缘处。因此，流线144和145是流表面或流管的一部分，其使围绕实施方式110流动的工作材料与流过实施方式110的通道142的工作材料分离。在该实施方式中，当沿着Y方向观察时，流管是圆形的。

注意，实施方式110的第一阶段和第二阶段以与图6所示的实施方式60相似的方式配置。相应地，第一BFGA 114和第二BFGA 117位于通道142附近。第一BFGA 114和第二BFGA117被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，该体积力的大小可以被调节。第一BFGA 114包括第一环形电荷集合体115和第二环形电荷集合体116。在一些实施方式中，当沿着Y方向观察时，第二电荷集合体116的截面是圆形的。在所示的配置中，第一电荷集合体115带正电，以及第二电荷集合体116带负电。类似地，第二BFGA 117包括第一环形电荷集合体118和第二环形电荷集合体122。

原则上，可以认为实施方式110包括串联连接的与实施方式60类似的第一阶段和与实施方式60类似的第二阶段，其中，与实施方式60的站74类似的第一阶段的站等于与实施方式60的站69类似的第二阶段的站。相比于实施方式60的站74与站69之间的工作材料的温度差的大小，这可以进一步增加实施方式110的站163与站155之间的工作材料的温度差的大小。注意，例如，如实施方式60的上下文中讨论的，每个阶段可以包括轴流式涡轮机或压缩机。

图11示出了用于示例性操作方法的本发明的实施方式的子集的压力与比容的曲线图。例如，图11可以描述类似于图10所示的实施方式110的实施方式的示例性操作方法。因此，实施方式110将用于解释图11所示的操作方法，反之亦然。在本实施方式中，由于工作材料的物体经受足够强的BFGA的电场，因此工作材料在恒定压力下的比热容增加。如将在下面进行说明的，这是由于工作材料的物体的极化性质、工作材料的物体的几何形状和其他材料性能、以及由BFGA施加在工作材料的物体上的体积力。作为恒定压力下的比热容增加的结果，减小了工作材料的温度和比容。由于通道142的几何形状，在用于该操作方法的实施方式110中，压力在整个该过程中保持恒定。因此，从站155至站156的转变是等压压缩166。如所提及的，从站156至站157的转变是绝热压缩167。注意，恒定压力下的比热容在图11所示的整个绝热压缩或膨胀过程中保持基本恒定。随着工作材料的物体从站157移动至站158，它们不再经受足够大小的电场强度。因此，在从站157至站158的整个转变过程中，工作材料在恒定压力下的比热容降低。在站158处恒定压力下的比热容基本上等于在站155处恒定压力下的比热容。类似于从站155至站156的转变，在本实施方式中，从站157至站158的转变可以描述为等压膨胀168。在其他实施方式中，从站157至站158的转变不必类似于从站155至站156的转变。例如，在一些实施方式中，从站157至站158的转变可以是等容压缩。从站158至站159的转变是绝热膨胀169。站159标志着第一阶段的结束和第二阶段的开始。因此，从站159至站160的转变是等压压缩171。从站160至站161的转变是绝热压缩172。从站161至站162的转变是等压膨胀173。从站162至站163的转变是绝热膨胀174。在一些实施方式中，站163处的工作材料基本上等压地返回至站155。当热力学循环反向运行时，其中初始站类似于站163、下一个站类似于站162、以及倒数第二的站类似于站155，本发明的实施方式可以用于将机械功转换成热。

注意，沿着图11的轴的值是任意的，并且不旨在将本发明限制为特定的工作材料或操作方法。采用恒定体积或压力下的比热容的人为和故意的修改的其他热力学循环在本发明的范围内。

图12示出了当沿着Y方向观察时图10所示的实施方式的截面图。如所示出的，当沿着Y方向观察时，第一电荷集合体115和第二电荷集合体116具有环形截面。

图13示出了本发明的另一实施方式的截面图。图13所示的装置的一些特征以及装置的一些操作原理享有与其他图且特别是图14所示的装置的相似之处，并且因此，在图13的上下文中将不再同样详细地描述，反之亦然。

所示的实施方式190关于平行于Y轴并且与实施方式190的中心一致的轴线以圆柱的形式对称。因此，外表面237是锥形圆柱体的形状。

实施方式190包括环形通道240，该环形通道具有内部装置193和外部装置192以及位于第一开口222与第二开口232之间的外内部表面238和内内部表面239，其中，通道240包括第一收缩部223、第一膨胀部225、当沿Y方向观察时通道240的恒定截面区域227的区域、轴流式涡轮机205、第二收缩部230和第二膨胀部231。

体材料191可以包括类似于体材料61的适合的材料。

在图13中，实施方式190相对于工作材料以恒定的速度大小和方向移动。上游工作材料相对于实施方式190的速度方向平均上与Y轴对准，即，从页面的左侧指向页面的右侧。为了描述清楚，假设上游工作材料相对于实施方式190的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。在其他操作模式中，上游相对速度大小和方向在空间或时间上不必恒定。

在图13所示的配置中，实施方式190的例如在站212处的工作材料上游比工作材料中的声速更快地相对于实施方式190移动。通道240的第一收缩部223和第一膨胀部225两者均配置成沿正Y方向压缩流过通道240的工作材料。当沿着Y方向观察时，第一喉部被定义为具有在第一收缩部223与第一膨胀部225之间的通道240的最小截面区域的部分通道240。工作材料相对于实施方式190的平均速度在第一喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站212、213或214处，平均相对速度大于声速，以及还有下游例如在站215处，平均相对速度小于工作材料内的声速。如在实施方式60的上下文中所解释的，在一些实施方式中，可以存在在第一喉部与站215之间的冲击波。在该实施方式中，站214与215之间的工作材料的压缩可以描述为基本上绝热的压缩。

涡轮机205、通道240的第二收缩部230和第二膨胀部231全部配置成沿正Y方向使流过通道240的工作材料膨胀。当沿着Y方向观察时，第二喉部被定义为具有在第二收缩部230与第二膨胀部231之间的通道240的最小截面区域的部分通道240。工作材料相对于实施方式190的平均速度在第二喉部处大约等于该位置处工作材料内的声速。在该实施方式中，上游例如在站216处，平均相对速度小于声速，以及下游例如在站218处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站216与218之间的工作材料的膨胀可以描述为基本上绝热的膨胀。

虚线242和243指示停滞流线，停滞流线入射在实施方式190的前边缘上或者始于实施方式190的后边缘处。因此，流线242和243是流表面或流管的一部分，其使围绕实施方式190流动的工作材料与流过实施方式190的通道240的工作材料分离。在该实施方式中，当沿着Y方向观察时，流管是圆形的。

涡轮机205包括三个阶段，其中，每个阶段包括转子叶片的盘例如第一阶段的第一转子盘206、以及定子叶片的非旋转盘例如第三阶段的第三定子盘211，其中，定子盘位于阶段的相应的转子盘的下游。定子盘刚性地附接至外部装置192。转子盘刚性地附接至驱动轴203。驱动轴关于旋转轴线204旋转并且驱动发电机200。在该实施方式中，发电机200刚性地附接至内部装置193，内部装置继而刚性地附接至外部装置192。

在其他实施方式中，涡轮机阶段可以包括一对反向旋转的转子盘。在这样的实施方式中，沿第一方向旋转的转子盘可以驱动第一发电机，以及沿第二方向旋转的转子盘可以驱动第二发电机。在一些实施方式中，每个转子盘可以驱动分离的发电机。在一些实施方式中，至少一个发电机可以位于外部装置192中。在一些实施方式中，例如所示的实施方式中，至少一个发电机可以位于内部装置193中。在一些实施方式中，发电机可以位于转子盘的下游。各种各样的其他实施方式、配置、和布置在本发明的范围内。

涡轮机205被配置成从站216与站217之间的缓慢移动的高压工作材料中提取机械功。机械功被发电机200转换成电能，并且经由电导体例如电导体201传递至电力电子装置199。

电力电子装置199被配置成向电离装置194提供功率。例如，根据所采用的电离装置199的类型，电力电子装置199可以包括DC-DC电压转换器或DC-AC转换器。电力电子装置199还可以包括能量存储装置，例如电池、电容器或电感器。

电力电子装置199可以包括外部电源或储电器。换句话说，在一些实施方式中，仅将由发电机200提供的电力的一部分提供给电离装置194。类似地，在一些实施方式中，提供至电离装置194的电力中的仅一部分是由发电机200提供的。注意，前述部分可以为零。在一些实施方式中，不存在与实施方式190相关联的涡轮机205或发电机200，并且电离装置194所需的电力由分离的电源提供。注意，可以将分离的电源配置成从工作材料中提取电力。分离的电源还可以从不同的电源例如电池或燃料提供电力。

电离装置194被配置成使工作材料电离。在该实施方式中，所得的等离子体基本上带中性电。在图13中，等离子体可以被描述为非热等离子体。在其他实施方式中，这不必是这种情况。

在图13中，采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)来使工作材料电离。第一导体195嵌入在外部装置192内。第一导体195关于轴线204轴向对称，并且可以包括导电材料，例如诸如铜的金属。电导体197将第一导体195电连接至电力电子装置199。第二导体196嵌入在内部装置193内。第二导体196关于轴线204轴向对称，并且可以包括导电材料。电导体198将第二导体196电连接至电力电子装置199。在该实施方式中，第一导体195和第二导体196两者均通过电介质与通道240中的工作材料电绝缘。电介质被特别地以如下方式配置：其中由电力电子装置199生成的第一导体195与第二导体196之间的电势差导致工作材料的电离。例如，电介质可以是云母片、电阻器、或半导体。在一些实施方式中，前述电势差可以随时间周期性地变化。在一些实施方式中，前述电势差在标称操作期间可以随时间恒定。在一些实施方式中，均方根电势差的大小可以由电力电子装置199控制。电力电子装置199被配置成控制工作材料的原子或分子中每单位时间穿过通道240的部分。

各种各样的用于介质阻挡放电电离的其他配置是可用的。例如，第一导体195可以与工作材料直接物理接触。

在其他实施方式中，可以采用其他电离方法。例如，可以通过电子轰击将工作材料电离。常规的辉光放电管也采用了这种方法。在一些实施方式中，通过光电离将工作材料电离。例如，工作材料可以通过激光束来电离。在另一示例中，工作材料可以通过螺旋振子天线被电离。螺旋振子天线可以在第一开口222附近位于第一收缩部223中。等离子体内的共振效应可以用于增强电离效应。存在各种各样的可用于使工作材料电离的装置和方法。

工作材料的原子或分子的电离会消耗能量，即电离能量。该能量由电力电子装置199以及任何相关联的能量提供装置来提供。

作为电离的结果，存在在电离的工作材料的各个离子与自由电子之间所作用的每单位质量的体积力。体积力性质上可以是电磁的。对于所述每单位质量的体积力的足够强度以及工作材料的相邻原子或分子之间的足够小的分离距离，可以增加工作材料的物体的平均势能。换句话说，工作材料的原子、分子、离子、或电子之间的每单位质量的体积力可以导致与工作材料内的物体相关联的势能。在一些实施方式中，该势能性质上是平移的，即与工作材料内相邻物体之间的分离距离相关联。在一些实施方式中，势能性质上是旋转的，即与工作材料内的特定物体相对于局部电场或磁场的取向相关联。以这种方式，可以将至少一个旋转或平移势DOF添加至工作材料的物体上。与其中平均势能较低的配置相比，这可以增加工作材料的物体的平均势能，并且减小工作材料的温度。换句话说，为工作材料中的物体创建了现有DOF的DE或新的EDOF。与工作材料在站212处的原始配置相比，这可以增加电离的工作材料在恒定压力下的比热容或在恒定体积下的比热容。例如，考虑包括双原子分子的工作材料。电离装置被配置成平均上从分子中移除或添加奇数个电子。以这种方式，分子不仅带电，而且被极化。在这种情况下，两个旋转势DOF以及三个平移势DOF可以通过电离装置的作用而被激发。在图13中，站212和218处的工作材料内的原子和分子基本上带中性电。在其他实施方式中，由站212处工作材料的物体携载的电荷的大小平均上可以基本上非零。

在一些实施方式中，电离装置194以如下方式配置：其中在整个第一收缩部223和第一膨胀部225的至少一部分中工作材料保持电离。在所示的实施方式中，等离子体的中和或去电离发生在恒定区域227内。该过程涉及由工作材料的离子吸收自由电子，并且导致电离能量传递至工作材料的原子或分子上。电离能量的释放以及比热容的减小提高了工作材料的温度。在该实施方式中，在电离过程期间和去电离过程期间传递至工作材料的能量的至少一部分可以由涡轮机205回收。

在其他实施方式中，例如，可以使用常规的直接能量转换从工作材料中电磁地回收传递至工作材料的所述能量中的至少一部分。各种各样的直接能量转换方法和装置是可用的。例如，在一些实施方式中，当沿着正Y方向观察时，在站215下游和站217上游绕轴204的圆周磁场可以沿逆时针方向被引导。磁场可以被配置成将带正电的离子引导至圆周第三导电板，其中，第三导电板可以位于外内部表面238上，并且将带负电的离子或电子引导至圆周第四导电板，其中，第四导电板可以位于内内部表面239上。由于磁场以及经电离的工作材料沿正Y方向的流动，因此洛伦兹力沿径向向外的方向引导正电荷，并且沿径向向内的方向引导负电荷。这类似于霍尔效应的原理。由于恒定区域227中第三导体附近的正电荷的积累和恒定区域227中第四导体附近的负电荷的积累，因此在第三导体与第四导体之间存在势差。通过允许电流在所述第三导体与第四导体之间流动，可以将该势差转换成电源。由于电流流动，当工作材料沿正Y方向流过第三导体和第四导体时，工作材料被去电离或中和。例如，电力电子装置199可以使用该电力的至少一部分来电离站213与站214之间的工作材料。连同其他参数一道，可以以如下方式配置磁场强度：其中相对于经由工作材料内电子和离子的自然碰撞，而是经由电极来发生足够部分的去电离。

在一些实施方式中，在去电离期间发射的光子的能量通过光电效应被转换成电。在一些实施方式中，可以经由波导将站215与站216之间的去电离期间发射的光子传递至站213与站214之间的工作材料中，使得去电离光子被用于使站213与站214之间的工作材料中的至少一部分电离。

在一些实施方式中，内部装置193和外部装置192还可以包括磁场生成装置。在一些实施方式中，磁场生成装置被配置成将等离子体限制在通道240内。例如，磁场线可以被配置成与流过通道240的工作材料的流线基本上平行。例如，磁场生成装置可以是超导电流回路。在一些实施方式中，这些电流回路可以被布置成：平行于XZ平面并且具有和与轴线204一致并平行于轴线204的线一致的中心。至少一个电流回路可以位于内部装置193内第一喉部的附近，并且至少一个电流回路可以位于外部装置192内第一喉部的附近，其中，这两个电流回路的电流沿相反的方向移动。

在一些实施方式中，磁场足够强，使得与不存在外部施加的磁场的场景相比，对于第一收缩部223或第一膨胀部225的至少一部分，与内内部表面239或外内部表面238相互作用的带电粒子的数量减小。例如，这可以减小摩擦损失以及热损失。磁场还可以被用于调节和控制离子的中和或去离子化的速率。

图14示出了本发明的另一实施方式的截面图。图14所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他图特别是图13所示的装置共享相似性，因此将不在图14的上下文中进行相同的详细描述，反之亦然。

所示的实施方式260关于平行于Y轴且与实施方式260的中心重合的轴以圆柱的形式对称。因此外表面298呈锥形圆柱形状。

实施方式260包括由外表面298界定的外壳262和内表面299。通道300位于第一开口287与第二开口295之间，并且包括第一收缩部288、第一膨胀部290、当在Y方向上观看时具有恒定截面区域的区域、第二收缩部293和第二膨胀部294。

体材料261可以包括与体材料61类似的合适材料。

在图14中，实施方式260在标称操作期间相对于工作材料以恒定速度大小和方向移动。上游工作材料相对于实施方式260的速度方向平均地与Y轴即从页面的左侧指向页面的右侧对准。为了描述清楚起见，假定上游工作材料相对于实施方式260的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。在其他操作模式中，上游相对速度大小和方向不必在空间或时间上是恒定的。

实施方式260上游例如在站277处的工作材料比图14所示的配置中的工作材料中的声速更快地相对于实施方式260移动。通道300的第一收缩部288和第一膨胀部290两者被配置成在正Y方向上压缩流过通道300的工作材料。第一喉部被定义为在沿着Y方向观看时在第一收缩部288与第一膨胀部290之间具有通道300的最小截面区域的通道300的部分。在第一喉部处工作材料相对于实施方式260的平均速度大约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该实施方式中，在上游，例如在站277、278或279处，平均相对速度大于声速，并且在更下游，例如在站280处，平均相对速度小于工作材料内的声速。在该实施方式中，站279与站280之间的工作材料的压缩可以被描述为基本上绝热的压缩。

通道300的第二收缩部293和第二膨胀部294两者都被配置成使流过通道300的工作材料在正Y方向上膨胀。第二喉部被定义为在沿着Y方向观看时在第二收缩部293与第二膨胀294之间具有通道300的最小截面区域的通道300的部分。在第二喉部处工作材料相对于实施方式260的平均速度大约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该实施方式中，在上游，例如在站281处，平均相对速度小于声速，并且在下游，例如在站283处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站281与站283之间的工作材料的膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。

虚线302和303表示入射在实施方式260的前缘或起源于后缘的停滞流线。因此，流线302和303是流表面或流管的一部分，其将在实施方式260周围流动的工作材料与流过实施方式260的通道300的工作材料分开。在该实施方式中，当沿着Y方向观看时，流管是圆形的。

电离装置263被配置成对工作材料进行电离。在该实施方式中，所得到的等离子体基本上带正电荷。在图14中，采用场电离来对工作材料进行电离。在该过程中，具有足够强的大小的局部电场能够从单原子或多原子分子移除电子。可以由电场放大装置或“EFAA”生成这些局部电场。EFAA可以包括导体，例如在表面上具有细突出部的金属，其中，可以使用例如化学蚀刻来生成薄突出部。在图14中，上游EFAA 264包括非常细的导电突出部例如突出部266的阵列以及将每个突出部连接至电力电子装置274的电导体265。在所描绘的实施方式中，每个突出部例如突出部266是碳纳米管。每个突出部刚性地连接至通道300内的支撑装置，该支撑装置又刚性地连接至外壳262。EFAA以如下方式被配置：工作材料的大部分分子在流过站278与站279之间的通道300的过程中穿过至少一个突出部附近。当连接至诸如电池的电压源时，EFAA 264的突出部可以被配置成产生足够强度的局部电场，以对突出部附近的工作材料的分子进行电离。在图14中，EFAA 264带正电荷，从而导致电子从工作材料转移到EFAA 264。

在其他实施方式中，EFAA不必位于通道300内。例如，EFAA可以位于第一收缩部288的内表面299上，其中突出部从内表面299延伸进入通道300中。在一些实施方式中，场电离装置与不同的电离装置结合使用。例如，场电离装置可以与电子轰击装置结合使用。例如，在站279附近的通道300内生成的交变电场例如可以被用来加速自由电子。在与中性分子的随后碰撞中，可以产生新的离子，或者可以增加现有离子的电荷。

作为电离的结果，存在作用在电离的工作材料的各个离子之间的每单位质量的体积力。体积力性质上可以是电磁的。由于工作材料的电离的分子带正电荷，因此例如存在作用在离子之间的排斥静电力。注意，在一些实施方式中，还可以存在作用在工作材料的电离的分子与工作材料的极化的中性分子之间的每单位质量的体积力。对于每单位质量的所述体积力的足够强度以及工作材料的相邻原子或分子之间的足够小的分离距离，可以增加工作材料的物体的平均势能。换言之，工作材料的原子、分子、离子或电子之间的每单位质量的体积力可以导致与工作材料内的物体相关联的势能。在一些实施方式中，该势能性质上是平移的，即，与工作材料内的相邻物体之间的分离距离相关联。在一些实施方式中，势能性质上是旋转的，即，与工作材料内的特定物体相对于局部电场或磁场的取向相关联。以这种方式，至少一个旋转势或平移势DOF可以被添加到工作材料的物体。与平均势能较低的配置相比，这可以增加工作材料的物体的平均势能，并且降低工作材料的温度。换言之，针对工作材料内的物体创建现有DOF或新的EDOF的DE。与站277处的工作材料的原始配置相比，这可以增加电离的工作材料在恒定压力下的比热容或在恒定体积下的比热容。如前，考虑包括双原子分子的工作材料。电离装置被配置成平均地从分子移除奇数个电子。以这种方式，分子不仅带电荷，而且还被极化。在这种情况下，可以通过电离装置的作用来激发两个旋转势DOF以及三个平移势DOF。

电力电子装置274被配置成向电离装置263提供电力。根据所采用的电离装置274的类型，电力电子装置274可以包括例如DC-DC电压转换器。DC-DC电压转换器可以被用来将EFAA 264的突出部附近的电场强度增加到足以使突出部附近的工作材料的分子电离的大小。电力电子装置274还可以包括能量源或能量存储装置，例如电池、电容器或电感器。通过借助于诸如电池的外部电压源在信道300内的EFAA 264与阴极272两端施加人为的电场，电力电子装置274可以使EFAA 264附近的工作材料内的物体电离。

由于通过EFAA 264从工作材料移除电子，因此站279与站280之间的工作材料带正电荷。通过第一收缩部288和第一膨胀部290对带正电荷的工作材料的压缩导致站280处的正电荷的密度大于站279处的正电荷的密度。

在实施方式260中，与工作材料的正电荷的静电排斥相关联的压力的增加的至少一部分被负电荷的集合例如负电荷集合体271抵消。在实施方式260中，负电荷集合体通过绝缘材料例如绝缘材料270与带正电荷的工作材料至少部分地绝缘。例如，绝缘材料可以是玻璃或陶瓷。负电荷集合体对工作材料的正离子施加每单位质量的吸引静电体积力。每单位质量的该体积力可以被配置成：减轻并抵消工作材料的正离子从站279移动到较高正电荷浓度的站280处的任何减速。

该实施方式中的负电荷集合体如下被布置。外部电荷集合装置268是关于平行于Y轴的轴轴向地对称的具有后缘269的圆形管道。内部电荷集合装置267呈泪珠形状，并且也关于与电荷集合装置268和外壳262相同的轴轴向地对称。

沿着外部电荷集合装置268的后缘和内部电荷集合装置268的后缘点设置有与工作材料直接物理接触或电接触的导体或电极。该电极带负电荷。如图14所示，外部电荷集合装置268的阴极272位于外部电荷集合装置268的径向向内和向外指向的后缘表面上。

阴极272通过电导体273电连接至电力电子装置274，从而完成阳极即EFAA 264与阴极272之间的电路。电子从阴极272被释放到工作材料中，在那里，它们使工作材料中带正电荷的离子去电离或中和。

在实施方式260中，负电荷集合体是EFAA 264与阴极272之间的电路的一部分。在这种情况下，可以认为负电荷集合体是由工作材料的带正电荷的离子与在站278和站279之间的去电离过程中从初始中性工作材料EFAA 264转移的自由电子之间的电容形成的。可以认为绝缘材料例如绝缘材料270在电容器的正电荷集合体与负电荷集合体之间形成电介质，并且可以认为电容器与阴极272和站280处的带正电荷的离子之间的中性工作材料的电阻并联地连接。

在其他实施方式中，负电荷集合体或者另外的分离的负电荷集合体与EFAA 264和阴极272之间的电路以及通道300中的工作材料电绝缘。在一些这样的实施方式中，类似于图6中的第二电荷集合体80，电荷集合体中的电荷的量可以由诸如电池的外部电压源调节。在一些实施方式中，负电荷集合体可以另外地或可替选地被嵌入在第一膨胀部290或第一收缩部288附近的外壳262内。

在一些实施方式中，没有专用的绝缘的负电荷集合体。注意，工作材料内的在与EFAA 264相互作用之后被电离的分子的部分以及站279与站280之间的带正电荷的离子的密度的变化可以以如下方式被配置：穿过通道300的流不会不起动。在一些这样的实施方式中，包含在电力电子装置274内的有源电路可以被认为是在标称操作期间的简单电导体。由于不存在负电荷集合体，因此与带中性电荷的理想气体的理论上的绝热压缩相比，由外部装置262的内表面299对站279与站280之间的带正电荷的工作材料的电离和压缩消耗附加的功的量。该附加的功可以被认为被存储在工作材料的带正电荷的离子之间的势能中。EFAA 264所需的电离能可以由该附加功的至少一部分提供。如将在后面讨论的，附加功的这部分也被称为附加功A。与站279相比，站279与站280之间的压缩增加了站280处的电荷的密度，并且导致阳极即EFAA 264与阴极272之间的电势差。在一些实施方式中，该电势差足以电离EFAA 264附近的工作材料。在其他实施方式中，EFAA 264与阴极272之间的电势差可以由例如电力电子装置274内的DC-DC转换器放大。电离能是从工作材料的分子移动电子以及从带正电荷的离子的集合移动离开并进入EFAA 264和电导体265中所需的能量。在电离过程期间，电子移动到较低的电势能。电子在该过程中经历的任何电阻导致电子的电能转变成另一种形式的能量，例如光子、声子或者电子与之碰撞的工作材料的分子的热能。假定在电离过程期间由电子释放的该电能的大部分导致站281处的工作材料的热能增加。因此，在该实施方式中，在工作材料的要素到达站281的时候，附加功A的大部分被转换成热能。

在去电离过程期间，在该实施方式中，假定附加功的其余部分中的大部分即附加功B以热能的形式被转移至工作材料。尽管与站278处的工作材料的尚未电离的分子内的电子与站280处的离子之间的势能差相比，在电导体265中的电子与站280处的离子之间的势能差减少，但是在电导体265中的电子与站280处的离子之间仍然存在大的势差。由于在去电离过程期间工作材料对流过工作材料的电流的电阻率，该势差被转换成热量。前述势能差导致电子在与工作材料的中性或电离的分子碰撞之前加速。因此，在各个离子的去电离之前或期间，在非弹性碰撞中，由于势能差而引起的电子的电能被转移至工作材料的分子。因此，在该实施方式中，在工作材料的要素到达站281时，附加功B的大部分被转换成热能。

例如，可以通过以下考虑来促进将附加功A和B的大部分转换成热能。外壳262可以被配置成良好的电绝缘体和热绝缘体。在电离或去电离过程中发射的任何光子可以由站281处的工作材料吸收或者由一些实施方式的内表面299吸收并作为热辐射被重新发射。在电导体265和275以及电力电子装置274内，可能损失可忽略不计的量的电能。例如，电导体265和275可以是超导体。

与工作材料在理论上被视为具有可控比热容的理想气体的场景相比，将附加功A和B的大部分转换成热能导致站281处的中性工作材料的温度升高。通过站281与站283之间的工作材料的膨胀和加速，该热能的至少一部分可以在热力学上被转换成有用的机械功。因此，通过以下操作对在站279与站280之间的工作材料的压缩期间由外部装置262对工作材料做的机械附加功A和B的至少一部分进行回收：将该附加功的大部分转换成热能并且将该热能的大部分随后热力学地转换成在站281与站283之间的工作材料的膨胀期间由外部装置262对工作材料做的机械功。还通过站281与站283之间的工作材料的膨胀来提供满足附加功要求所需的其余机械功。在一些这样的实施方式中，仍然可以实现工作材料的净制冷。

在上述示例中，站278与站280之间的电势能差以及电子的相关联的电流可以被认为导致工作材料的加热，其中该热量的一部分在热力学上被回收。换言之，与所述电离电流相关联的大部分电压降由于工作材料的电阻率而发生。在其他实施方式中，与所述电离电流相关联的电压降的至少一部分可以在位于电导体265与电导体273之间的电机两端——即，沿着阳极264与阴极272之间的电子路径——发生。所述电机可以驱动轴流式压缩机，该轴流式压缩机可以被配置成：在去电离之前压缩工作材料。在一些实施方式中，该轴流式压缩机可以被配置成：在去电离之后压缩工作材料。在后一种情况下，可以以与在图13中的实施方式190内配置轴流式涡轮205类似的方式在实施方式260内配置轴流式压缩机。在一些实施方式中，压缩机可以是离心式类型的压缩机或者往复活塞式类型的压缩机。

在一些实施方式中，外部装置262还可以包括电场生成装置。在一些实施方式中，电场生成装置被配置成将带正电荷的离子限制在通道300内。例如，在第一收缩部288和第一膨胀部290的过程中，负电荷集合体可以位于通道300附近的外部装置262的体材料261内。这些负电荷集合体可以围绕通道300以环形方式被布置。

在一些实施方式中，这些负电荷集合体的电场足够强，使得与不存在这样的外部施加的电场的情况相比，对于第一收缩部288或第一膨胀部290的至少一部分，数目减少的带正电荷的离子与内表面299相互作用。这可以减少由于例如工作材料相对于内表面299的流动而引起的摩擦损失和热损失。

图15是本发明的一个实施方式的截面图。除了BFGA 450之外，所示的实施方式430关于平行于Y轴且与实施方式430的中心重合的轴以圆柱的形式对称。因此，外表面460是沿着Y轴具有可变半径的旋转体或圆柱体的形状。

实施方式430包括位于第一开口433与第二开口440之间的具有内表面462的通道432，其中，通道包括第一膨胀部435、第一收缩部436、第二膨胀部437、第二收缩部438和第三膨胀部439。当沿着Y方向观看时，通道432的截面几何形状是圆形的。注意，术语“收缩”和“膨胀”是指轴向对称通道的半径的大小。注意，对于其他实施方式或其他操作条件，通道半径或几何形状可以根据沿着Y轴的位置以不同的方式改变或者不同地被配置。例如，在其他实施方式中，通道432的截面几何形状可以是环形的或环状的。在其他实施方式中，通道432的截面几何形状或外表面460可以是正方形或矩形。在一些实施方式中，例如，通道432的部分的截面几何形状可以沿着通道的长度即在正Y方向或负Y方向上从正方形变化到圆形。

体材料431可以包括诸如铝、钛或钢的金属。体材料431还可以包括陶瓷。在一些实施方式中，体材料431包括诸如碳纤维或玻璃纤维的复合材料。体材料431还可以包括诸如玻璃的电绝缘体。

注意，包含在内表面462和外表面460内的装置不必是固体材料，但是可以包含开放空间或中空空间，以免不必要地增加实施方式430的质量或成本。一些实施方式可以包括在常规的涡轮风扇发动机或冲压式喷气发动机中发现的复杂几何形状。例如，中空空间可以位于内表面462与外表面460之间，其中表面可以包括实心金属或复合材料蒙皮，并且其中，另外的中空封闭空间可以包括结构支撑材料，例如在常规的半硬壳式结构中发现的框架或桁条。在一些实施方式中，如图15所示，体材料431的大部分可以包括固体材料。例如，可以使用计算机数控(CNC)铣床由实心金属块或环形圆柱体机械加工出体材料431。在一些实施方式中，也可以使用添加制造技术例如选择性激光烧结(SLS)来制造体材料431的部分。

在图15中，实施方式430以恒定的速度大小和方向相对于工作材料移动。上游工作材料相对于实施方式430的自由流速度方向平均地与Y轴对准，即从页面的左侧指向页面的右侧。为了描述清楚起见，假定上游工作材料相对于实施方式430的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。在其他操作模式中，上游相对速度大小和方向不必在空间或时间上是恒定的。例如，上游相对速度大小可以根据时间而增加或降低。例如，当实施方式430被用作飞机发动机时，上游相对速度大小和方向可以例如在标称操作期间如在起飞、爬升、巡航、下降和着陆期间改变，例如对于常规的飞机发动机或推进系统，通常就是这样。

例如，工作材料可以是诸如空气、氦气或氮气的气体。工作材料也可以是诸如水的液体。在图15所示的实施方式中，为了简单起见，工作材料被视为理想气体。在图15中，为了描述清楚起见，工作材料被视为双原子理想气体。在图15的实施方式中，工作材料可以是任何合适的材料，其中在下面说明关于适合性的条件。

在图15所示的配置中，实施方式430上游例如在站441处的工作材料比实施方式430上游的工作材料中的声速更快地相对于实施方式430移动。工作材料相对于实施方式430的速度的大小可以小于工作材料相对于图6所示的实施方式的速度的大小。第一膨胀部435被配置成：使流过通道432的工作材料在正Y方向上膨胀。通道432的第一收缩部436和第二膨胀部437二者被配置成：在正Y方向上压缩流过通道432的工作材料。第一喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第一收缩部436与第二膨胀部437之间具有通道432的最小截面区域的通道432的部分。在第一喉部处工作材料相对于实施方式430的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该特定操作模式中，在上游，例如在站441、443或444处，平均相对速度大于声速，并且在更下游，例如在站446处，平均相对速度小于所述位置处的工作材料内的声速。在一些实施方式中，可以存在位于第一喉部与站446之间的冲击波。换言之，第一喉部下游的工作材料的相对流速可以比工作材料内的声速更快，其中相对流速被减少到比在站446之前整个冲击波中的声速更慢的速度。在第一喉部下游但靠近第一喉部的位置处存在冲击波可以避免由于自由流流动中的变化或各向异性(例如由湍流引起的不规则性)而引起的发动机未起动。冲击波在仅略大于第一喉部的截面区域的通道截面区域处的定位可以减小冲击的强度，并从而提高发动机的效率。

站441与站443之间的工作材料的膨胀增加了流过通道432的工作材料的平均速度。在该简化的示例中，该膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在该实施方式中，站444与站446之间的工作材料的压缩可以被描述为基本上绝热的压缩。在其他实施方式中，压缩可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地由轴流式压缩机例如在常规喷气发动机中发现的轴流式压缩机来执行。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地例如由离心式压缩机来执行。为了减少与压缩机的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式压缩机优选地位于穿过通道432的亚音速流体流的一部分中，例如在第一喉部与站446之间或者在第一喉部与站447之间。

通道432的第二收缩部438和第三膨胀部439二者被配置成：使流过通道432的工作材料在正Y方向上膨胀和加速。第二喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第二收缩部438与第三膨胀部439之间具有通道432的最小截面区域的通道432的部分。在第二喉部处工作材料相对于实施方式430的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该实施方式中，在上游，例如在站447处，平均相对速度小于声速，并且在下游，例如在站449处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站447与站449之间的工作材料的膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在其他实施方式中，膨胀可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地由轴流式涡轮例如在常规喷气发动机(例如，涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或涡轮轴发动机)中发现的轴流式涡轮来执行。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地例如由离心式涡轮来执行。为了减小与涡轮的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式涡轮优选地位于穿过通道432的亚音速流体流的一部分中，例如在站447与第二喉部之间。在一些这样的实施方式中，实施方式下游的工作材料可以以比工作材料中的声速更慢的速度相对于实施方式移动。换言之，对于轴流式或离心式涡轮或等效装置位于站447与第二喉部之间的实施方式，不需要通道432的第三膨胀部439，使得第二喉部也是第二开口440，并且使得第二开口下游的平均流速相对于装置430是亚音速的。注意，在这样的实施方式中，等效于第二开口440的第二开口可以大于第二开口440，并且等效的第二开口下游的平均流速可以小于站449处的平均流速。实际上，在站447处工作材料内包含的热能的一部分可以通过常规的轴流式或离心式涡轮被转换成有用的机械轴功，从而导致等效的第二开口下游的更小的平均流速。例如，轴流式涡轮的驱动轴可以用来为发电机提供动力，该发电机被配置成将轴功的至少一部分转换成电能。在另一个示例中，轴流式涡轮的驱动轴可以被机械地耦接至涡轮风扇发动机的风扇或者涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨。在一些实施方式中，机械耦接可以包括齿轮系，例如行星齿轮。这样的配置的细节及其应用在常规飞机涡轮或动力涡轮的领域中是众所周知的。

在本发明的实施方式被用作常规发电厂中的动力涡轮的配置中，自由流速度通常非常小或接近零。该场景类似于图17所示的场景。如从图15所示的实施方式的上下文中的前述讨论清楚的是，轴流式或离心式涡轮可以位于站567与站569之间或者站566与站569之间。在一些实施方式中，涡轮包括开放式转子，例如用来将风能转换成电力的常规风力发电厂的开放式转子，其中该开放式转子可以位于通道例如通道552的第二开口例如第二开口560的下游，并且该开放式转子被配置成以与风力涡轮使大量空气流减速的方式类似的方式使工作材料减速。如本文中所描述的，其他类型的装置可以被用来将工作材料的热能例如在站567处或在站569处的工作材料的热能转换成有用功例如电功或机械功。例如，体积力生成装置可以用来使工作材料膨胀并在该过程中回收机械能或电能。例如，工作材料可以被配置成抵抗引力或惯性体积力做功，并且所产生的势能或动能可以例如经由发电机被转换成电。如提到的，工作材料也可以被电离，并且可以采用直接能量转换方法以使用电磁体积力使膨胀的电离的工作材料减速，从而将热能转换成电力。在另一个示例中，可以通过热电发电机将工作材料的热能转换成电功或机械功。例如，热电发电机可以采用珀尔帖效应(Peltier effect)。在实施方式的子集中，这种转换可以基本上等容地发生。

注意，在图15的上下文中描述的概念、配置、原理和应用也适用于本发明的其他实施方式，例如图16、图17、图8、图10、图9和图1中所示的实施方式，因此将不在其他附图的上下文中进行相同详细的描述，反之亦然。

虚线458和459表示入射在实施方式430的前缘或起源于后缘的停滞流线。因此，流线458和459是流表面或流管的一部分，其将在实施方式430周围流动的工作材料与流过实施方式430的通道432的工作材料分开。在该实施方式中，当沿着Y方向观看时，流管是圆形的。注意，在超音速自由流流动中实施方式430的外表面460的截面区域的增加通常与由于在实施方式430周围流动的工作材料中形成的冲击波而作用于工作材料的外表面460上的波阻相关联。在这种情况下，外表面460的截面区域的增加部分地是由于第一膨胀部435内的通道432的截面区域的增加。

每单位质量的体积力生成装置或“BFGA”450位于通道432附近。BFGA 450被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，可以调节该体积力的大小。BFGA 450包括第一电荷集合体451和第二电荷集合体455。在所示的配置中，第一电荷集合体451带正电荷，而第二电荷集合体455带负电荷。在其他实施方式中，可以使电荷集合体中的电荷的极性反转，即，第一电荷集合体带负电荷，而第二电荷集合体带正电荷。在一些实施方式中，两种电荷集合体中的电荷的极性是相同的，即，两种电荷集合体可以带正电荷，或者两种电荷集合体可以带负电荷。在一些这样的实施方式中，第一电荷集合体与第二电荷集合体是无法区分的。在这样的实施方式中，通道432内电场的强度在电荷集合体附近足够强，使得通道432内的工作材料的比热容采用期望值。

在图15所示的实施方式中，可以通过充电或放电或者减少电荷集合体中的电荷来调节电荷集合体中的电荷的量。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括导体，导体能够促进电荷的累积或导体内包含的电荷的量的减少。在一些这样的实施方式中，在某些情况下，在时间上，电荷集合体中的电荷的量可以被配置为零。充电过程可以包括：在第一电荷集合体451与第二电荷集合体455两端施加电压差。该电压差例如可以由电池或电容器提供。第一电荷集合体451和第二电荷集合体455彼此电绝缘，并且与体材料431的部分电绝缘。诸如绝缘铜线的电导体将第一电荷集合体451连接至电压源，并且将第二电荷集合体455连接至电压源。未示出这些电导体。在第一电荷集合体451与通道432之间以及在第二电荷集合体455与通道432之间，体材料431是电绝缘体。实际上，第一电荷集合体451和第二电荷集合体455可以被认为是电容器的相对导电板，其中这些板之间的电介质包括工作材料以及第一电荷集合体451与第二电荷集合体455之间的体材料431的相关部分。在所示的实施方式中，第一电荷集合体451和第二电荷集合体455以如下方式被配置：当第一电荷集合体451和第二电荷集合体455带相反电荷时，大部分电场线穿过通道432内的工作材料。为此，第一电荷集合体451和第二电荷集合体455可以包括若干绝缘的导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于Y轴被布置在第一电荷集合体451内。这可以用于防止或减少第一电荷集合体451和第二电荷集合体455内的电荷的任何不期望的重新分布。

根据本发明的一些实施方式，并且如下所述，BFGA 450在标称操作期间的作用是在BFGA 450附近的通道432中的工作材料在恒定压力下的比热容的增加。在图15所示的实施方式和操作方法中，为了简单起见，在工作材料在恒定压力下的比热容的增大或减小过程中，工作材料的压力是恒定的。在恒定压力下比热容的增加对应于工作材料的温度的降低和密度的增加。在图15中，在恒定压力下比热容的该增加发生在站443与站444之间。在该实施方式中，在站444与站446之间，在恒定压力下的比热容基本上是恒定的。在站446与站447之间，在恒定压力下的比热容减少到站443或站441处的原始值。对于图15所示的实施方式，工作材料的比热容的增加可以被认为是负电热效应。如本文中所使用的，“负电热效应”是指例如固体、液体、气体或等离子体的工作材料的温度由于工作材料的比热容的增加而降低，其中所述增加至少部分地是由于BFGA的激活水平的变化而引起的，其中激活水平的变化包括增加工作材料中所关注物体所经受的电场强度，并且其中比热容可以指恒定压力下的比热容或恒定体积下的比热容。如本文中所使用的，“正电热效应”是指工作材料的温度由于工作材料的比热容的降低而增加，其中所述增加至少部分地是由于BFGA的激活水平的变化而引起的，其中激活水平的变化包括增加工作材料中所关注物体所经受的电场强度，并且其中比热容可以指恒定压力下的比热容或恒定体积下的比热容。正电热效应与文献中描述的常规电热效应类似。表现出正的或常规的电热效应的固体材料的示例是广泛使用的压电材料PZT或锆钛酸铅。表现出电热效应的各种其他材料在本领域中是已知的。

实际上，从站443到站444的转变可以被描述为体积上的等压压缩或等压减少。在其他实施方式或其他边界条件或其他操作方法中，在比热容的变化过程中，压力不必是恒定的。例如，在恒定压力下的比热容的增加或减小期间，压力可以增加或减小。例如，可以通过压缩或膨胀装置例如管道或者通道432的收缩或膨胀或者轴流式涡轮或压缩机对工作材料做功，或者可以从工作材料添加或移除热量或质量。在图15所示的简化实施方式中，在实施方式430的通道432内的工作材料与实施方式430的其余部分之间不交换热量或质量。在另一个示例中，比热容的增加或减小可以在等容过程中在恒定体积下发生。在另一个示例中，比热容的增加或减小可以在多变过程中发生。

BFGA被配置成：由于工作材料与由BFGA生成的每单位质量的体积力的相互作用而改变工作材料的温度。由BFGA生成的每单位质量的体积力可以被配置成增加工作材料内的物体的平均势能。物体的平均势能的增加增大了工作材料的比热容。由于在这种情况下在BFGA的整个激活中工作材料内的总能量是恒定的，因此物体的平均势能的增加使工作材料中的物体的平均动能减小。这对应于工作材料的温度的降低，并且解释了在等压情况下工作材料的密度的降低。以这种方式，BFGA可以增加工作材料的比热容并降低温度。

可以由BFGA调节工作材料内物体的平均势能的大小。在这种情况下，由于没有与外部环境交换能量，因此可以通过BFGA的作用将物体的平均势能或势能“储存体”配置为人造散热器或人造热源。

根据本发明的一些实施方式，BFGA的激活水平控制每单位质量的体积力的强度，这进而调节工作材料内的物体的平均势能，其可以被用来控制工作材料的比热容。

注意，在图15所示的等压情况下，在BFGA的整个激活中对工作材料做功，并且密度增加，同时温度绝热地降低，即，不与除了工作材料之外的热储存体交换热量。

注意，为了简单起见，在图15所示的实施方式中，假定BFGA的激活水平的变化不消耗功。在一些实施方式中，BFGA的激活可能消耗功。在一些这样的实施方式中，该功的至少一部分可以被回收，其中回收可以在BFGA的失活期间或者在热能转换成有用能量例如机械功或电功期间发生。

在其他实施方式中，电荷集合体内包含的电荷的量在时间上是恒定的。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括嵌入在电绝缘体内的电子、离子或其他带电粒子。在一些这样的实施方式中，不需要用于调节电荷集合体中的电荷的量的单独的电压源。

在其他实施方式中，第一电荷集合体和第二电荷集合体可以位于被定位在第一喉部上游和下游的中央通道内的容器中。例如，带正电荷的容器可以大致位于站444处，而带负电荷的容器可以大致位于站446处。在一些实施方式中，容器是电绝缘的并且是流线型的。

在一些实施方式中，电荷集合体不与工作材料电绝缘。换言之，电荷集合体的导体或带电板可以与工作材料直接物理接触。

图15还示出了通道432内的工作材料的物理参数的近似值随着沿Y方向的位置的变化的曲线图。

平行于Y轴的水平轴467表示沿着Y方向的位置，在该位置处测量相应的物理参数。平行于X轴的垂直轴468示出了物理参数的值。注意，对于不同的物理参数，即曲线图中所示的不同线，垂直轴468的标度是不同的。在自由流中，工作材料大致处于标准压力和温度下、处于恒定压力下的自然比热容下以及处于自由流流速下。

线469示出了工作材料相对于实施方式430的平均速度的大小随着Y方向上的位置的变化。线470示出了在站441处工作材料相对于实施方式430的平均速度的大小的值，以供参考。注意，在站449处工作材料相对于实施方式430的平均速度的大小大于在站441处工作材料相对于实施方式430的平均速度的大小。

线471示出了工作材料在恒定压力下的比热容随着沿Y方向的位置的变化。线472示出了在站441处在恒定压力下的比热容的值，以供参考。

线473示出了工作材料的温度随着Y方向上的位置的变化。线474示出了在站441处温度的值，以供参考。注意，站449处的温度低于站441处的温度。因此，可以认为实施方式430使流过通道432的工作材料冷却或对流过通道432的工作材料进行制冷。

线475示出了工作材料的静压力随着Y方向上的位置的变化。线476示出了在站441处静压力的值，以供参考。

本发明的一些实施方式产生净机械功输出。在所示的实施方式中，与站441相比，如由站449处的工作材料的较大平均相对速度469所示，机械功被用来使工作材料加速。相关联的推力可以被用来抵消由于穿过工作材料的运动而作用于实施方式430和连接至其的任何装置例如飞机的其余部分上的拖拽力的至少一部分。在这样的应用中，实施方式430可以以与常规冲压式喷气发动机类似的方式被操作。

还可以通过发电机将机械功转换成电能。例如，实施方式430可以耦接至支撑臂，该支撑臂耦接至发电机的驱动轴，其中该轴轴线平行于X轴，并且实施方式430的中心在YZ平面中以如下方式相对于该轴轴线偏移：关于实施方式430的在负Y方向上的推力施加关于该轴轴线的力矩。因此，也可以考虑将本发明的实施方式用于涉及电力生成或电力消耗的应用。在另一个类似的配置中，本发明的实施方式也可以刚性地连接至常规螺旋桨例如直升机主旋翼、常规固定翼飞机螺旋桨或船舶螺旋桨的尖端。因此，本发明的实施方式可以被用来提供推进螺旋桨叶片穿过流体所需的扭矩的至少一部分。

本发明的一些实施方式可以替选地或另外地采用正电热效应来修改通道432中的工作材料在恒定压力下的比热容。例如，当工作材料内的电场强度足够强时，可以减少势DOF和相关联的动DOF的激发度或DE。当进一步增加场强度时，可以冻结受电场强度影响的所述DOF。DE的减少可以导致工作材料在恒定压力下的比热容净降低到低于比热容的自由流值的值。比热容的这种减少可以被配置成发生在站446与站447之间。注意，站443与站446之间的第一压缩不需要包括比在该配置中的自由流值更大的比热容。换言之，对于在工作材料的至少一次膨胀的整个过程中比热容减少的实施方式，站443与站446之间的比热容或者站441与站446之间的比热容可以等于自由流中的比热容。注意，在比热容也通过第一BFGA450而增加的情况下，并且与第一BFGA 450是未激活的情况相比，相当于站446在更上游，但仍然在第一喉部的下游，以便允许比热容从大于自由流值的值较大地降低到小于自由流值的值，与之相反，以便允许比热容从等于自由流值的值增加到小于自由流值的相同值。在工作材料的膨胀之前比热容的这种降低类似于在工作材料的压缩之前在站443与站444之间的比热容的增加。随后，比热容可以保持在如下值，所述值低于在通过第二喉部周围的会聚发散喷嘴(convergent divergent nozzle)的工作材料的整个膨胀过程中的比热容的自由流值。在一些实施方式中，在通道432的该区段中，比热容可以保持基本上恒定。这类似于如下比热容，所述比热容大于在通过站444与站446之间第一喉部周围的会聚发散管道的工作材料的整个压缩过程中的比热容的自由流值。在工作材料通过第二收缩部438和第三膨胀部439的膨胀之后，比热容可以再次增加。在一些实施方式中，这种增加可以发生在第二喉部与第二开口440之间。在其他实施方式中，这种增加可以发生在第二开口下游。注意，在一些实施方式中，该增加可以等压地发生。这是与在站446和站447之间比热容的降低类似的增加。

在其他实施方式中，比热容的增加，例如相对于自由流值的站443与站446之间的增加，可以跟随有如前面段落中描述的比热容降低至低于在站446与第二喉部之后的站之间的自由流值的值，这可以跟随有比热容增加至高于自由流值的值，其类似于站443与站446之间的增加，这可以跟随有比热容返回到自由流值，类似于站446与站447之间的降低，这可以跟随有通过会聚发散管道或在出口速度为亚音速的情况下仅通过会聚管道的工作材料的膨胀，其类似于图15中站447与站449之间的工作材料的膨胀。

在以下段落中，将更详细地描述前述其他实施方式。流过本发明的这样的实施方式的通道的工作材料可能经历比热容增加至大于比热容的自由流值的值，其中可以通过在实施方式的通道例如实施方式430的通道432中的该位置处的工作材料附近的BFGA的激活水平的增加来促进该增加。注意，BFGA的激活水平的增加是相对于流过通道的工作材料的增加。相对于实施方式430的BFGA的激活水平在标称操作期间不需要在时间上改变。工作材料流入BFGA的激活水平增加的区域中就足够了。换言之，相对于实施方式430的BFGA的激活水平，例如，第一电荷集合体451或第二电荷集合体455内的每单位体积的电荷量在标称操作期间不需要是时间的函数，即，在标称操作期间，每单位体积的电荷量可以在时间上保持恒定。当BFGA内的每单位体积的电荷在时间上恒定时，从自由流沿正Y方向流过通道432进入力场例如BFGA的电场的工作材料将感知或经历与工作材料有关的BFGA的激活水平的增加，即，电场强度的增加。在一些实施方式中，或者对于相同实施方式的其他操作模式，与实施方式430有关的BFGA的激活水平，例如，BFGA内的每单位体积的电荷量也可以在时间上改变。如在其他附图的上下文中提到的，与工作材料有关的BFGA的激活水平的增加可以向工作材料的极化的双原子分子添加旋转势DOF。例如，可以将两个旋转势DOF添加到绕垂直于双原子分子的长轴的轴的两个现有旋转动DOF。这可以增加工作材料在恒定压力下的比热容。在该示例中，该效应也可以被描述为负电热效应。

比热容的前述增加可以跟随有工作材料在基本上恒定的比热容下的第一压缩，其中热容大于自由流值，并且其中，该压缩可以包括例如与会聚发散管道或者离心式或轴流式压缩机的相互作用。该压缩还可以包括与每单位质量的体积力生成装置的相互作用，其中作用于工作材料中所关注的物体例如分子上的体积力的至少一部分包括与工作材料的整体流动的方向相反的方向上的分量。在这种情况下体积力在性质上可以是例如引力的或惯性的。体积力在性质上也可以是电的或磁的。在一些实施方式中，在整体流动的压缩或膨胀中使用的体积力也可以被用于修改工作材料的比热容。换言之，一般来说，在一些实施方式中，BFGA例如BFGA 450可以被用来压缩工作材料以及增加工作材料的比热容，或者被用来膨胀工作材料以及降低工作材料的比热容。

前述第一压缩可以跟随有：在实施方式的通道例如实施方式430的通道432中的该位置处的工作材料附近与工作材料有关的BFGA的激活水平的进一步增加。例如，所述增加可能减少任何受影响的势DOF和任何相关联的动DOF的DE。在前述简化的示例中，通过与工作材料有关的BFGA的激活水平的增加，两个附加的旋转势DOF以及它们相关联的旋转动DOF可以经历它们的DE的减少。在BFGA的足够强的激活水平下，这些DOF可以被冻结。这可以导致工作材料在恒定压力下的比热容减少至低于自由流值的值。该效应在该示例中也可以被描述为正的或常规的电热效应，其中与工作材料有关的BFGA的激活水平的增加由于工作材料的比热容的降低而使温度增加。

比热容的前述降低可以跟随有工作材料在基本上恒定的比热容下的第一膨胀部，其中比热容小于自由流值，并且其中该膨胀可以包括例如与会聚发散管道或者离心式或轴流式涡轮的相互作用。该膨胀还可以包括与每单位质量的体积力生成装置的相互作用，其中作用于工作材料中所关注的物体例如分子上的体积力的至少一部分包括在与工作材料的整体流动的方向一致的方向上的分量。

工作材料的前述第一膨胀部可以跟随有：与工作材料有关的BFGA的激活水平的降低以及工作材料的比热容从低于自由流值的值到高于比热容的自由流值的值的相关联的增加。所得到的比热容的值可以基本上等于例如在第一压缩期间或在第一膨胀部之前的比热容的值。与工作材料有关的BFGA的激活水平的降低可以增加前述旋转势和动DOF的DE。与BFGA的自由流激活水平相比，BFGA的激活水平是非零，从而导致比热容大于自由流值。这是由于受影响的势DOF和相关联的动DOF的解冻或融解而造成的。该效应可以被描述为正的或常规的电热效应，其中与工作材料有关的BFGA的激活水平的降低由于工作材料的比热容的增加而使温度降低。

如在第一压缩的上下文中所描述的，比热容的前述增加可以跟随有工作材料在基本上恒定的比热容下的第二压缩，其中热容大于自由流值，并且其中，该压缩可以包括与会聚发散管道或者离心式或轴流式压缩机或体积力生成装置的相互作用。

第二压缩可以跟随有：与工作材料有关的BFGA的激活水平的降低以及受影响的势DOF例如该示例中的旋转势DOF的DE的降低。这可以将在恒定压力下的比热容降低至基本上等于自由流值的值。比热容随着BFGA的激活水平的降低而降低可以被描述为负电热效应。

比热容的前述降低可以跟随有工作材料在基本上恒定的比热容下的第二膨胀部，其中热容基本上等于自由流值，并且其中，该膨胀可以包括例如与会聚发散管道或者离心式或轴流式涡轮的相互作用。该膨胀还可以包括与每单位质量的体积力生成装置的相互作用，其中作用在工作材料中所关注的物体例如分子上的体积力的至少一部分包括在与工作材料的整体流动的方向一致的方向上的分量。在工作材料的整体流动的出口速度慢于在出口处或在第二开口处的工作材料的声速的情况下，第二膨胀部可以包括会聚喷嘴而不是会聚发散喷嘴。

在其他实施方式中或者在前面段落中描述的实施方式的可替选的操作模式中，在比热容的增加和随后的第一次压缩之前，可以存在工作材料的膨胀。换言之，可以在第一压缩之前存在第一膨胀部，并且将前面段落的第一膨胀部和第二膨胀部分别重新命名为第二膨胀部和第三膨胀部。在第一压缩之前的第一膨胀部可以在功能上类似于在站441与站443之间在图15中的通道432的第一膨胀部435中发生的工作材料的第一膨胀部。

注意，在前述实施方式中，与工作材料有关的BFGA的激活水平在整个通道例如通道432中增加并随后降低。因此，与工作材料有关以及也与实施方式有关或与通道有关的BFGA的激活水平沿着通道的长度平稳且连续地变化。因此，由于BFGA的增加的激活水平引起的比热容的增加和随后的较大降低两者可能与工作材料的压缩和随后的膨胀相关联。这可以提高通道的利用率并增加通道的每单位长度或BFGA的每单位激活水平的功率或推力。

在其他实施方式中，该优势可以被工作材料的比热容的较大变化——例如第一开口上游的比热容的变化或者在第一压缩之前的整个第一膨胀部过程中的比热容的变化或者第二开口上游的整个膨胀过程中的比热容的变化或者第二开口下游的膨胀过程中的比热容的变化——的优势抵消。例如，在第一压缩之前的第一膨胀部和/或第二开口紧上游的膨胀还可以包括在比自由流中的比热容更低的比热容下的工作材料。换言之，BFGA可以被配置成：还在工作材料的前述膨胀——即在第一压缩之前的第一膨胀部和/或在第二开口紧上游的膨胀——的至少一部分中减少工作材料的比热容。换言之，在与本发明的实施方式例如实施方式430相关联的任何BFGA的范围内发生的工作材料的所有膨胀可以经受比一些实施方式的自由流的比热容更低的比热容。类似地，如所述的，在与本发明的实施方式相关联的任何BFGA的范围内发生的工作材料的所有压缩可以经受比一些实施方式的自由流的比热容更大的比热容。例如，BFGA的范围可以在第一开口上游延伸，延伸到通道例如通道432的内部中，并且在第二开口下游延伸。如由图15、图16和图17所示，在第一压缩之前的第一膨胀部可以被用于在亚声速自由流流速和低超音速自由流流速下操作的实施方式中。在较大的超音速自由流流速下，与如图6所示的不存在预膨胀的配置相比，如图15所示，预膨胀无需带来益处，其中益处可以指发动机或实施方式的推力或功率输出。

如在图10的上下文中所描述的，其他实施方式可以被配置成顺序地且连续地膨胀和压缩流过实施方式的工作材料，其中BFGA被用来修改工作材料的比热容。对于物体是产生推力或生成功率的实施方式而言，工作材料的比热容可以被配置成：在工作材料的至少一部分压缩期间大于自由流值以及/或者在工作材料的至少一部分膨胀期间小于自由流值。例如，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩以及在自由流比热容下的膨胀。比热容的变化可以被配置成：在连续的压缩与膨胀之间发生，并且可以通过改变与工作材料有关的至少一个BFGA的激活水平而被促进。注意，压缩和膨胀在时间上是连续的，并且不需要在空间上必定顺序地发生。例如，在本发明的实施方式内的相互作用过程中，工作材料可以位于室内，并且可以由被配置成减少或增加室的体积的活塞来执行压缩和膨胀。在最后一次膨胀之后，工作材料可以在大气压下被排出到自由流中，其中排出可以通过阀以及/或者通过第二开口。注意，在工作材料被排出到大气中的情况下，排出通常在环境大气压下发生。在另一个示例中，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩以及在低于自由流比热容下的膨胀。比热容的变化可以被配置成：在连续的压缩与膨胀之间发生、或在第一次压缩之前发生、或在最后一次膨胀之后发生，并且可以通过改变与工作材料有关的至少一个BFGA的激活水平而被促进。在另一个示例中，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在自由流比热容下的压缩以及在低于自由流比热容下的膨胀。在另一个示例中，如图15、图16和图17所示，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩以及在自由流比热容下的膨胀。在另一个示例中，如图6所示，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在大于自由流比热容下的压缩以及在自由流比热容下的膨胀。在另一个示例中，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在大于自由流比热容下的压缩、在自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩、在自由流比热容下的膨胀、在大于自由流比热容下的压缩以及在自由流比热容下的膨胀。在另一个示例中，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在自由流比热容下的压缩以及在低于自由流比热容下的膨胀。在另一个示例中，与本发明的实施方式相互作用的工作材料可以在时间上顺序地经历：在自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀、在自由流比热容下的压缩、在低于自由流比热容下的膨胀以及在自由流比热容下的压缩。

注意，在其他实施方式中，其他类型的BFGA可以被用来操纵工作材料的比热容。例如，BFGA可以被配置成：通过将工作材料内的原子或分子转换成带正电荷的离子或带负电荷的离子来电离工作材料。例如，在工作材料是气体的情况下，BFGA可以被配置成：电离工作材料中的分子并将工作材料至少部分地转换成冷等离子体或非热等离子体。在这样的等离子体中，被电离的分子的部分超过由于气体本身的温度和压力而被电离的分子的部分。换言之，电离度大于在气体的给定温度和压力下在工作材料内理论上可以预期的自然电离度。电离度是被电离的分子的部分以及每个所关注物体的平均电荷量两者的度量，其中所关注物体可以指原子、分子或自由电子。在一些实施方式中，BFGA可以被配置成以如下方式与工作材料相互作用：工作材料的电离度超过工作材料在相同温度和压力下的自然电离度。注意，在一些实施方式中，BFGA还可以被配置成以如下方式与工作材料相互作用：工作材料的电离度低于工作材料在相同的温度和压力下的自然电离度。例如，可以通过人为生成的过量电子来减少在足够大的温度下要自然地至少部分地电离的工作材料的电离度。通过将工作材料的电离度修改为高于或低于工作材料在相同的温度和压力下的自然的、理论的或未受干扰的电离度的值，可以对比自然比热容来修改工作材料的比热容。

由于电离度的变化而引起的比热容的修改可以是若干效应的结果。例如，工作材料的电离度的增加可以增加原子间力或分子间力的范围和平均值大小，其中平均值是随时间计算的。注意，电荷之间的库仑相互作用(Coulomb interaction)的范围是无限的。这可以增加所关注物体例如原子、分子或自由电子的平均势能。注意，分子间力可以由中性物体如中性原子或分子与另一中性物体之间的相互作用而产生。这样的相互作用可以包括偶极子-偶极子相互作用或范德华相互作用(Van der Waals interaction)。分子间力也可以由带电荷物体如带正电荷离子或带负电荷离子或自由电子与中性物体之间的相互作用而产生。分子间力也可以由至少两个带电荷物体例如带正电荷离子或带负电荷离子或自由电子之间的相互作用而产生。这样的相互作用可以包括带相等电荷或带相反电荷的物体之间的库仑相互作用。在一些实施方式中，例如在包括单原子分子的实施方式中，原子间力的范围和平均值大小的增加可以将三个平移势DOF添加到已经现有的三个平移动DOF。换言之，由于电离度的人为增加，可以增加三个附加平移势DOF的激发度。这可以人为地增加工作材料的比热容。类似地，在气体由于足够大的温度而被自然电离的情况下，电离度的人为减少可以减少任何附加势DOF的激发度。这可以人为地降低工作材料的比热容。在一些实施方式中，例如在包括双原子分子的实施方式中，工作材料的电离度的增加可以增加例如三个平移势DOF和两个旋转势DOF的激发度。注意，在相邻物体之间的平均间隔距离足够小的情况下，在大密度下，该效应尤其被增强。注意，理论上可以认为密度非常大的非热等离子体类似于固体材料，例如诸如铝的金属。这样的固体材料的DOF的数目包括三个平移动DOF和三个平移势DOF，当每个DOF的DE为1时，对应于总共6个EDOF。在这样的固体材料中并且在较小程度上，在等离子体中，原子间力可以以振动模式的形式贡献若干势DOF。在包括成对的势和动旋转或平移DOF的振动模式的简化模型中，物体即原子、分子或自由电子的行为可以被建模为简谐振子。因此，工作材料的电离度的修改可以被用来修改工作材料的比热容。

存在用于修改工作材料的电离度的多种多样的方法。例如，可以经由介质阻挡放电使工作材料电离。如在图13和图14的上下文中提到的，还可以经由螺旋天线、经由场电离、光电离或电子轰击来使工作材料电离。回想一下，在电子轰击中，在工作材料上产生电势差。在足够大的电压下，这可以引起穿过工作材料的电子流，这导致电子与分子之间的碰撞，这进而可以电离工作材料中的分子。例如，电子流可以采取暗放电、辉光放电或电弧放电的形式。在采用电子轰击的一些实施方式中，外部磁场可以被用来限制或至少暂时捕获至少一部分自由电子。局部磁场线可以垂直于工作材料内的局部电场线，其可以暂时捕获自由电子并在垂直于电场和磁场的方向上引起漂移运动，漂移运动也被称为ExB漂移。电子的这种偏转、延迟、捕获或聚集可以增加工作材料的电子与分子之间的碰撞频率，并且提高电离的效率。该原理被用在例如霍尔效应(Hall-effect)推进器中。

注意，电离装置还可以包括任何前述电离装置类型或电离方法的组合。电离装置还可以包括本领域已知的多种其他电离方法或其他类型的电离装置。

在图15所示的实施方式的上下文中，电离装置可以位于站443与站444之间或者站443的上游，并且电离装置可以被配置成对站443与站444之间的工作材料的至少一部分进行电离。作为电离的结果，可以增加工作材料的比热容。如先前所讨论的，所述增加可以包括例如三个平移势DOF的激发度的增加。在一些实施方式中，例如工作材料包括双原子分子或多原子分子的实施方式，电离还可以使分子极化。由相邻离子产生的局部电场或外部施加的电场——例如在电离过程中使用的或在工作材料的整体流动的加速或减速中使用的电场——的存在可以引起至少一个旋转势DOF的激发度的增加。在双原子分子的情况下，在这种场景下，例如可以增加绕垂直于分子的长轴和彼此垂直的轴的两个旋转势DOF的激发度。因此，在这种理想化的场景下，电离过程可以为现有的5个动DOF贡献5个附加势DOF，这可以增加工作材料的比热容。

在该示例性实施方式中，通道432的几何形状以及电离装置沿着通道的长度的布置可以以如下方式被配置：工作材料大致在站446与站447之间去电离。去电离可以是自由电子与带正电荷离子的自然重新组合以在工作材料内形成中性分子的结果。在非热等离子体中，不存在电离装置，通常存在返回到自然电离度的趋势。因此，为了保持超过在站443与站447之间的整个工作材料的自然电离度的期望电离度，一些实施方式可以包括例如可以与站443和站447之间的工作材料相互作用的电离装置。注意，被配置成启动工作材料的电离的电离装置可以是与被配置成保持期望的电离度的电离装置的部分不同架构或不同类型的电离装置。例如，可以经由介质阻挡放电使工作材料电离，并且可以经由电磁波如微波或者经由光电离来保持电离度。

如图15所示，一旦工作材料的电离度已经至少部分地返回到工作材料在给定温度下的自然电离度，工作材料就可以通过会聚发散喷嘴而膨胀。以这种方式，可以以与图15中所示的实施方式430类似的方式来配置采用电离来修改工作材料的比热容的实施方式。注意，原则上与图13和图14所示的实施方式的相似性。注意，电离装置与如本文中使用的体积力生成装置或BFGA同义。电离装置的激活水平的增加增大了工作材料的电离度，因此增加了作用于工作材料上的体积力的平均值大小和持续时间。在这种情况下，作用于工作材料中的分子上的体积力在这种情况下至少部分地由相邻分子提供。电离装置的激活水平的变化与如本文中使用的BFGA的激活水平的变化同义。前述示例说明了可以如何采用不同类型的BFGA来人为地修改工作材料的比热容。采用其他类型的BFGA的装置也在本发明的范围内。

如在图13的上下文中提到的，由电离装置消耗的能量可以由外部电源提供。所述能量还可以由如下热力学装置提供，该热力学装置被配置成：从工作材料提取热能并将所述热能的至少一部分转换成有用形式的能量，例如机械功或电。例如，轴流式涡轮可以位于通道432内并且被配置成将工作材料的热能的至少一部分转换成有用的机械功，该有用的机械功进而可以经由机械地耦接至涡轮的发电机被转换成电功。该涡轮可以位于站447的下游或在站447附近。注意，第一喉部与第二喉部之间的流动是亚音速的。

在其他实施方式中，热电发电机例如采用珀耳帖效应(Peltier effect)的发电机可以被用来将通道432中的工作材料的一部分热能转换成电。例如，热电发电机可以位于站447处。注意，通道432内的峰值温度在站447附近。在热电发电机需要散热器的情况下，散热器可以位于站443或站444附近，并且散热器被配置成将热量传递到通道432中的工作材料。注意，通道432内的最低温度大约在站444附近。热电发电机的散热器也可以位于第二开口的下游，并且被配置成将热量传递到站449附近的工作材料。散热器还可以位于工作材料的自由流中，并且被配置成在自由流温度下将热量传递到工作材料。在本发明的实施方式例如实施方式430被配置成向飞机提供推力的情况下，散热器可以热耦接至飞机的外表面，例如机身、机翼、发动机舱或尾翼的蒙皮。虽然在自由流中温度大于在站443或站444处的温度，但是与工作材料相互作用的飞机或其他交通工具的外表面的较大区域可以增加通过热电发电机的热通量并从而增加所产生的净电力。

注意，在去电离过程之后，在电离过程中消耗的能量作为热量或热能被传递到工作材料。与图15所示的实施方式相比，该热能可以被认为是单独被提供的额外能量，该额外能量可以从工作材料被提取而不会招致过度的性能损失。在一些实施方式中，在工作材料的电离中由电离装置消耗的所有能量由热力学能量转换装置提供，所述热力学能量转换装置被配置成从工作材料提取热能。在一些实施方式中，通过热力学能量转换装置将热能转换成有用能量例如电的理论最大转换效率可以是100％。

在其他实施方式中，可以采用其他类型的BFGA。例如，BFGA可以包括磁场生成装置。

考虑如下示例，其中物体包括永久或感应的磁偶极子，并且其中BFGA的激活包括工作材料内的磁场强度的修改。为简单起见，考虑以下情况：外部施加的场贯穿工作材料在大小和方向上基本上是均匀的。通常以及在其他实施方式中，场强和方向不需要是均匀的，只要场强具有足以实现给定DOF的期望DE的大小即可。在此示例中，将工作材料视为双原子气体，例如氧气。如上所述，室温下的双原子气体包括大约5个与三个平移动DOF和两个旋转动DOF相关联的EDOF，其中旋转是绕垂直于分子的长轴并且彼此垂直的两个轴。在该示例中，物体是双氧分子。

在这种情况下，外部施加的磁场可以生成绕分子的质心的力矩，对于该力矩，物体的磁偶极轴或极化轴或净磁矩矢量或净自旋不与磁场线对准。此力矩是在导致体积力的作用线不一致的位置和取向上由作用在分子的一部分例如电子和电子的一部分上的每单位质量的体积力生成的。由于力矩作用在偶极轴不与外部施加场对准的分子上，因此偶极轴的旋转可以与针对外部施加场或通过外部施加场做的功相关联，这可以改变分子的势能。该旋转可以根据绕彼此垂直的两个轴和偶极轴的旋转来表示。因此，外部施加的电场或磁场向分子的DOF增加了两个振动模式。实际上，BFGA被配置成激发两个附加的旋转势DOF。这些附加旋转势DOF的DE是分子几何形状和分子的温度或平均能量的函数。为简单起见，考虑以下假设情况：磁偶极轴包括平行于分子的长轴的基本分量。在这种情况下，分子的与围绕垂直于分子的长轴且彼此垂直的两个轴的旋转对应的两个现有旋转动EDOF与由BFGA外部施加的磁场生成的两个附加旋转势DOF一致。在一些实施方式中，可以以将两个附加旋转势DOF的DE增加到大于激发阈值的值的方式配置外部施加的场的强度。换言之，两个旋转势DOF的转变温度可以被人为地减少到工作材料的当前温度之下的值。可以调节由BFGA的激活生成的磁场，以便以附加旋转势DOF被激发即变成EDOF的方式来修改附加旋转势DOF的DE。例如，当磁场强度从零增加到非零值时，BFGA的激活会导致工作材料的EDOF总数从基线情况下的5增加到7。这可以增加工作材料在恒定体积下的比热容和在恒定压力下的比热容，并且减少比热容的比率。

在磁偶极轴包括垂直于分子长轴的基本分量的假设情况中，两个附加旋转势DOF之一平行于分子的长轴，并且另一附加旋转势DOF垂直于分子的长轴和偶极轴。由于在此示例中平行于分子的长轴的旋转动DOF处于冻结状态，因此相应的附加旋转势DOF也处于冻结状态。在这种情况下，由于磁场强度从零值增加到非零值，因此例如可以采用BFGA的激活将工作材料的EDOF的总数从基线情况下的5增加到6。

对于一些实施方式，也可以采用外部施加的磁场来修改现有的DOF的DE或EDOF。在上述示例的继续中，考虑如下情况，其中BFGA的激活以如下方式被配置：工作材料内的磁场强度进一步提高，即超出附加旋转势DOF被激发即EDOF的水平。当磁场强度足够强时，工作材料中给定平均能量的物体可用或可达到的能量状态数目会减少，其中能量状态在受影响的旋转DOF即受外部磁场影响的DOF中。物体可用的能级数目的减少可以被认为是由于在简化模型中的受影响的DOF中的物体的刚度增加、弹性常数增加或自然频率增加所致。在此简化模型中，受影响的旋转势和相应的动DOF中的物体被视为旋转简谐振子。在该模型中，相邻能级之间能量差的大小与固有频率成比例，而固有频率又与弹性常数的平方根成比例。对于给定的物体的平均总能量，所述相邻能级之间能量差的大小的增加导致给定DOF中的物体中所占据、可用或可达到的平均能级数目的减少。这减少了给定DOF中所述物体的平均能量，从而减少了在给定DOF中存储的或与给定DOF相关联的物体的总平均能量的部分。因此，外部施加的磁场的场强的增加可以减少受影响的DOF的激发度，并且当磁场足够强时，导致受影响的DOF的冻结。这会增加受影响的DOF的转变温度，其中转变温度可以在工作材料的温度之下或之上。

在上述施加至双原子气体的外部磁场的示例中，物体的磁偶极矩平行于长轴。如上所述，磁场可以使工作材料的EDOF总数从基线情况下的5增加到7。然而，当磁场进一步增加时，两个附加旋转势DOF的DE减少，这还减少了相应旋转动DOF的DE。在其他条件不变的情况下，受影响的DOF的DE的减少会导致恒定体积和恒定压力下的比热容减少，并且增加比热容的比率。随着磁场的进一步增加，EDOF的DE可以减少到这样的程度，即由于两个附加旋转势DOF和两个相应的旋转动DOF的冻结，工作材料的EDOF的总数可以从7减少到3。

在另一示例中，考虑其为固体的工作材料。可以将固体的比热容视为包括声子贡献、电子贡献、磁性贡献和核贡献。声子贡献是由于固体中原子的晶格振动。在典型的固体工作材料中，物体即固体中的原子或分子的DOF总数包括三个平移动DOF和三个相关联的平移势DOF。势DOF源自作用于固体工作材料的相邻原子或分子之间的原子间或分子间力。在足够高的温度下，所有六个DOF通常都处于激发态。随着温度减少到零，这些DOF的DE逐渐降低到接近零的值。核的热容——其还可以包括平移或旋转动DOF以及平移或旋转势DOF——也以上述核贡献的形式有助于固体的总热容。工作材料中的电子的热容也有助于固体的总热容。如索末菲(Sommerfeld)模型所示，费米-狄拉克(Fermi-Dirac)统计描述了一部分电子对热容的贡献，其中电子的热容在温度上大致呈线性。磁性对工作材料的热容的贡献可以包括例如电子自旋、电子轨道角动量或原子核的自旋。例如，考虑铁磁材料。这些材料在居里温度之下是铁磁性的，在居里温度之上是顺磁性的。在这样的材料中，对热容的磁性贡献通常包括两种类型的热容。一种类型是自旋波的磁热容，所述自旋波包括磁振子。这种对热容的贡献在铁磁状态下是不可忽略的，并且通常随着温度的降低而降低。另一种类型是由于磁偶极子的单个自旋DOF例如不成对电子的自旋引起的磁热容。可以通过伊辛模型来估算对热容的贡献。在此模型中，物体的比热容通常相对于居里温度对称，并且随居里温度之下的温度的增加而以增加的速率增加，并且随居里温度之上的温度的增加而以降低的速率降低。由于这两种类型的磁性比热容的温度依赖性，与铁磁性材料中的物体的磁自旋DOF相关联的比热容的部分通常在居里温度下最大。在一些实施方式中，在标称操作期间工作材料的平均操作温度在工作材料的平均居里温度附近。在一些实施方式中，平均操作温度在平均居里温度的20％以内。在其他实施方式中，平均操作温度可以在相对于工作材料的居里温度的任何温度，只要BFGA的激活可以导致在标称操作期间恒定体积或恒定压力下的比热容的修改。注意，居里温度是压力的函数，通常随着压力的升高而升高。在一些实施方式中，平均操作温度低于外部环境诸如外部环境414的温度。例如，外部环境可以是地球大气。例如，在本发明的一个实施方式的标称操作期间，外部环境的温度可以是300开氏度。为了获得热量从外部环境流到工作材料的期望速率，工作材料的平均温度可以是200开氏度。在这种情况下，对于一些实施方式，工作材料可以包括铁磁性材料，例如对于该铁磁性材料，居里温度在160开氏度至240开氏度之间。例如，一种这样的材料是居里温度约为219开氏度的铽。

注意，如上所述，工作材料的居里温度可以通过掺杂和通过外部施加的压力来修改。因此，可以修改工作材料的居里温度以使其与工作材料的平均操作温度大致匹配，从而可以使对工作材料的比热容的磁性贡献的成分最大化，该工作材料的比热容可以通过激活BFGA来修改。换言之，居里温度可以通过外部压力偏置或通过其他机制例如掺杂进行特殊配置，以使工作材料的比热容变化最大化，而BFGA的激活可以促进这种变化。可以通过致动装置诸如致动装置403或被配置成修改工作材料的平均压力的单独的致动装置来施加压力偏置。也可以通过工作材料的套管例如套管装置410来施加压力偏置。例如，可以在制造过程中施加压力偏置。在这种情况下，可以认为套管在标称操作期间已被预加应力或处于平均应力之下。

尽管比热容的磁分量在相转变例如铁磁性与顺磁性之间的转变下通常较大，但磁分量在居里温度以上和以下的温度下通常也是不可忽略的。因此，在标称操作期间，工作材料的平均操作温度通常不必接近工作材料的平均居里温度。

注意，在没有磁场的任何温度下，工作材料的比热容不需要包括不可忽略的磁分量。如所述的，BFGA的激活水平的修改可以感应工作材料的比热容的磁分量。换言之，BFGA可以为工作材料的总热比热容贡献磁分量。工作材料中具有磁偶极子的物体所经受的足够强的磁场也可以修改对工作材料的比热容的非磁性贡献。例如，如前所述，足够强的磁场可以减少物体的旋转动力学DOF的DE。

注意，为给定应用选择合适的工作材料包括对该应用中材料性能的理论或实验评估，该材料性能是很多材料属性——例如在标称操作期间由于BFGA的激活引起的在恒定压力下的比热容的差的大小——的函数。合适的工作材料的选择不限于并且不必包括材料的居里温度的评估。

在该示例中，考虑工作材料是固体的实施方式，其热容的实质部分由物体即电子轨道、电子、和核的磁自旋提供。这样的材料的示例是铁磁性或顺磁性材料，如铁、钴或镍。这样的材料特别适合于通过经由BFGA的激活施加或修改外部磁场来修改比热容。如前面的段落所述，例如，外部磁场的施加可以增加磁偶极子例如电子自旋的旋转势DOF的DE。当外部磁场强度足够强时，外部磁场还可以减少以磁偶极子为特征的物体例如电子的旋转势DOF和任何相关联的旋转动力学DOF的DE。随着磁场进一步增加，这可以导致这些磁性物体的受影响的DOF的冻结。如所述的，在其他条件不变的情况下，前述通过施加足够强的磁场使受影响的DOF的冻结可以导致在恒定体积和恒定压力下的比热容的降低，并且增加比热容的比率。

注意，一般而言，外部磁场的施加的作用不必限于旋转动力学和势DOF，而是还可以应用于其他DOF，例如物体如电子的平移动力学DOF。后者在电子轨道角动量受外部施加的磁场影响的场景下可能受到影响，例如在抗磁性材料中就是这种情况。一般而言，BFGA的激活可以用于本发明的实施方式的子集中，以便修改物体的至少一个DOF的DE。BFGA的激活可以包括固有或附加磁场的修改，这可以有助于作用在物体上的每单位质量的磁体积力的平均大小或方向的修改，这转而可以修改受影响的DOF的DE，这可以用来修改工作材料的比热容的磁分量，并从而修改工作材料的总比热容。

由于足够强的外部施加的磁场引起的工作材料中的物体的DOF的激发度的前述减少的示例也被称为磁热效应。该效应用于例如绝热去磁制冷。如本文中使用的，“磁热效应”用来指由于工作材料内的磁场的修改而引起的工作材料在恒定压力下的比热容的修改，其中修改可以指随着工作材料内的磁场强度的增加在恒定压力下的比热容的增加或降低。如本文中使用的，正符号磁热效应是指与工作材料内的磁场强度的增加相关联的在恒定压力下比热容的降低。相应地，如本文中使用的，负符号磁热效应是指与工作材料内的磁场强度的增加相关联的在恒定压力下比热容的增加。注意，如文献中使用的，磁热效应通常与本文中被称为正符号磁热效应的效应相关联。

在本发明的实施方式中可以采用多种工作材料，其中工作材料的比热容被磁性地修改。如所述的，工作材料可以包括顺磁性或铁磁性材料以及抗磁性或亚铁磁性材料。一般而言，本发明的实施方式的子集中可以采用其中总比热容或组合比热容包括磁性贡献或磁分量的任何材料作为工作材料或其成分。在磁制冷领域中，已知比热容包括大的磁分量的一些材料。例如，已知Gd₅Si₂Ge₂以及其他材料如PrNi₅会表现出磁热效应，如2019年1月20日访问的https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_refrigeration所描述的。如所述的，诸如铁、钴、镍或钆的铁磁性材料也是合适的工作材料。诸如锂、钠、铝、气态氧和液态氧的顺磁性材料以及高于居里温度的铁磁性材料也可以用作工作材料。在足够强的磁场生成装置的存在下，诸如水、石墨、氮气或二氧化碳的抗磁性材料也可以用作工作材料。注意，材料在给定温度下的磁热效应的大小和符号只是工作材料适用于给定应用的粗略指示。

注意，工作材料不必是如前面示例中的固体，而是也可以是诸如液体或气体的流体。例如，工作材料可以包括气态锂或氧。在一些实施方式中，工作材料可以包括活性材料和钝化材料。活性材料定义为比热容可以通过BFGA的激活来修改的材料。钝化材料为不需要通过BFGA的激活而经受比热容变化的材料。活性材料可以嵌入钝化材料中。例如，活性材料可以是小颗粒、尘埃颗粒、气溶胶或晶体。在钝化材料的子集中，活性材料也可以溶解在钝化材料中。在一些实施方式中，例如，活性材料可以是铁或钆，并且钝化材料可以是空气、水或诸如油的碳氢化合物。

在一些实施方式中，活性材料可以结合至其他材料，例如配体，以保持活性材料的分离物体之间的分离。这可以防止活性材料的原子或分子彼此结合，并从而使它们自身与钝化材料分离。例如，这可以防止铁原子形成固体，并从而变成与液体或气态钝化材料分离。因此，相对于活性材料未结合至配体而其他一切均为恒定的基准场景，可以保持活性材料的期望的相。例如，期望的相可以是流体相。在一些实施方式中，为流体的工作材料可以有利于为固体的工作材料。例如，在采用强制对流的实施方式中，可以提高工作材料与第二材料例如外部储存体之间的热传递速率。在这样的实施方式中，工作材料可以从诸如内室401的内室被泵送穿过图6所示的热力循环上的站356与站352之间的单独热交换器。以强制对流泵送工作材料穿过热交换器、使用特别配置的热交换器、以及使用具有期望的磁热属性的另外的固体活性材料，可以提高外部环境414与工作材料之间的热传递速率。在其他条件不变的情况下，这与工作材料仅包括固体活性材料的实施方式相比，转而可以增加由这样的实施方式产生的功率。

使用配体保持活性材料的原子或分子与钝化材料之间或者活性材料的相邻原子或分子之间的分离也可以增加活性材料的物体可用的DOF的数目。例如，当与活性材料的基准场景相比时，配体与活性材料的结合可以为活性材料提供与原子或分子的旋转以及原子或分子的永久或感应磁偶极子在磁场中的取向相关联的附加旋转动力学和势DOF。响应于BFGA的激活，这可以进一步增加工作材料的比热容的变化的大小。

可以以多种方式配置采用正或负磁热效应的本发明的实施方式。例如，对于以与图15所示的实施方式类似的方式配置的实施方式，可以通过站443与站447之间的BFGA在通道432内生成磁场。磁场可以被配置成足够强，使得工作材料表现出负磁热效应，即，随着工作材料内磁场强度增加，即，随着BFGA的激活水平增加，在恒定压力下比热容增加并且温度降低。可以以多种方式生成磁场。注意，在这种情况下，磁场线的方向并不重要。磁热效应的大小是磁场强度的强函数。例如，可以通过载流导线的集合来生成通道432内的磁场。在一些实施方式中，导线可以以螺线管的方式缠绕在通道432周围，并且针对通道432的大部分生成基本上平行于Y轴——即，通道的长度——的磁场。例如，在图15所示的截面图中，BFGA的导线可以位于第一电荷集合体451和第二电荷集合体455的大致位置处，其中导线以环形方式缠绕在通道432周围。例如，流过BFGA的导线的电流可以被引导到第一电荷集合体451的位置处的导线中的一部分中的页面中，并且被引导出第二电荷集合体455的位置处的导线中的一部分中的页面。如在BFGA 450的情况下，在该示例中可以通过单独的电源为磁场生成BFGA供电以及/或者可以通过电流调节器来调节流过导线的电流。在一些实施方式中，载流导线可以是超导的。在一些实施方式中，载流导线可以正常导电。

在一些实施方式中，磁场生成BFGA可以包括永磁体。例如，永磁体可以以环形方式围绕通道432被布置。在一些实施方式中，相邻永磁体的磁极可以被布置成海尔贝克阵列(Halbach array)，其中大部分磁场线穿过通道432或穿过体材料内包含的永磁体，并且仅一小部分磁场线穿过外表面460。以海尔贝克阵列的磁体的布置可以增加通道432内的磁场强度。

采用磁场生成BFGA的实施方式可以以与图15所示的实施方式或其他图所示的任何其他实施方式类似的方式被配置，其中电场生成BFGA例如由磁场生成BFGA代替。在这样的实施方式中，可以采用与负电热效应相对的负磁热效应来修改工作材料的比热容。如前所述，一些实施方式可以采用正电热效应。例如，电场生成BFGA可以位于第二喉部附近，其中电场被配置成足够强以便以如下方式减少受影响的势和相关联的动DOF的DE：流过通道432的工作材料的比热容可以在工作材料在站446与站449之间的至少一部分膨胀过程中降低。与使用正电热效应的前述示例类似，一些实施方式可以采用正磁热效应。例如，磁场生成BFGA可以位于第二喉部附近，其中磁场被配置成足够强以便以如下方式减少受影响的势和相关联的动DOF的DE：流过通道432的工作材料的比热容可以在工作材料在站446与站449之间的至少一部分膨胀过程中降低。已经讨论了采用正或负电热效应的多种其他配置。类似地，存在可以采用正和负磁热效应的多种配置。

在一些实施方式中，BFGA可以包括磁场生成BFGA和电场生成BFGA两者。例如，一些实施方式可以采用负电热效应和负磁热效应两者。注意，在一些情况下，可以通过电场生成BFGA通过分子的极化来引起或增强负磁热效应。

例如，考虑工作材料包括双原子分子的场景。在这种情况下，电场生成BFGA可以以与图15所示的BFGA 450类似的方式被配置。磁场生成BFGA可以被配置成生成磁场，磁场的场线包括垂直于页面并指向页面外的基本分量。由于在电场生成BFGA附近的工作材料内的双原子分子的电极化，分子内的负电荷趋于位于分子内正电荷的正X方向上。由于存在磁场以及由于工作材料在正Y方向上穿过通道432的整体流动，在分子内的正电荷和负电荷上可以存在洛仑兹力，其还可以平均地作用于正X方向上的负电荷并且作用于负X方向上的正电荷。因此，可以采用磁场来增加作用于工作材料中的分子上的体积力的大小。在大小较小的净体积力和体积扭矩或体积力矩下，体积力的大小的增加可以在负电热效应和负磁热效应中增加任何受影响的势DOF的DE。在大小较大的净体积力和体积扭矩下，由于受影响的势DOF和相关联的动DOF的冻结，体积力的大小的增加可以在正电热效应和正磁热效应中降低任何受影响的势DOF的DE。注意，对于在负Y方向上瞬时行进的分子，磁体积力可以至少部分地抵消或减少电体积力。这说明需要相对于任何电场的方向和大小来配置磁场的方向和大小，其中配置也是工作材料的热力学属性例如工作材料的平均流速和温度以及工作材料的极化率和优选极化轴连同其他参数的函数。

在一些情况下，磁热效应的至少一部分可以与电热效应无关。例如，磁热效应可以是磁场与工作材料的分子内的永久或感应磁偶极子的相互作用的结果。这样的偶极子的示例是分子内的电子自旋。在这些情况的子集中，磁场生成BFGA的磁场线的方向和电场生成BFGA的电场线的方向可以相对于彼此以建设性地叠加磁热效应和电热效应的方式被配置。换言之，由于由BFGA施加的磁场和电场而作用于工作材料中的分子上的体积力的大小和体积扭矩的大小可以被配置成：随着磁场的增加和/或电场的增加而增加。因此，可以相对于彼此来配置磁场生成BFGA和电场生成BFGA，以提高工作材料的比热容的变化的大小。

图16是本发明的一个实施方式的截面图。图16中所示的装置的一些特征以及装置的一些操作原理与其他图中所示的装置共享相似性，因此将不在图16的上下文中进行相同的详细描述，反之亦然。除了BFGA 510之外，所示的实施方式490关于平行于Y轴且与实施方式490的中心重合的轴以圆柱的形式对称。因此，外表面520是沿着Y轴具有可变半径的旋转体或者圆柱体的形状。

实施方式490包括位于第一开口493与第二开口500之间具有内表面522的通道492，其中，通道包括第一收缩部494、第一膨胀部495、第二收缩部496、第二膨胀部497、第三收缩498和第三膨胀部499。当沿着Y方向观看时，通道492的截面几何形状是圆形的。在其他实施方式中，通道492的截面几何形状或外表面520可以是正方形或矩形。在一些实施方式中，通道492的部分的截面几何形状可以沿着通道的长度即例如在正Y方向或负Y方向上从正方形变化到圆形。

体材料491可以包括诸如铝、钛或钢的金属。体材料491还可以包括陶瓷。在一些实施方式中，体材料491包括复合材料，例如碳纤维或玻璃纤维。体材料491还可以包括诸如玻璃的电绝缘体。

在图16中，实施方式490以恒定的速度大小和方向相对于工作材料移动。上游工作材料相对于实施方式490的自由流速度方向平均地与Y轴即从页面的左侧指向页面的右侧对准。为了描述清楚起见，假定上游工作材料相对于实施方式490的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。

工作材料可以例如是诸如空气、氦气或氮气的气体。工作材料也可以是诸如水的液体。在图16所示的实施方式中，为了简单起见，工作材料被视为理想气体。在图16中，为了描述清楚起见，工作材料被视为双原子理想气体。在图16的实施方式中，工作材料可以是任何合适的材料，其中在下面说明适合性的条件。

在图16所示的配置中，实施方式490上游例如在站501处的工作材料比实施方式490上游的工作材料中的声速更慢地相对于实施方式490移动。工作材料相对于实施方式490的速度的大小可以小于工作材料相对于图6和图15所示的实施方式的速度的大小。第一收缩部494和第一膨胀部495被配置成：使流过通道492的工作材料在正Y方向上膨胀。第一喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第一收缩部494与第一膨胀部495之间具有通道492的最小截面区域的通道492的部分。在第一喉部处工作材料相对于实施方式490的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该特定操作模式中，在上游，例如在站501处，平均相对速度小于声速，并且在更下游，例如在站503处，平均相对速度大于在所述位置处的工作材料内的声速。

通道492的第二收缩部496和第二膨胀部497二者被配置成在正Y方向上压缩流过通道492的工作材料。第二喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第二收缩部496与第二膨胀部497之间具有通道492的最小截面区域的通道492的部分。在第二喉部处工作材料相对于实施方式490的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该特定操作模式中，在上游，例如在站503或504处，平均相对速度大于声速，并且在更下游，例如在站506处，平均相对速度小于在所述位置处的工作材料内的声速。在一些实施方式中，可以存在位于第二喉部与站506之间或者位于第二喉部与站507之间的冲击波。换言之，第二喉部下游的工作材料的相对流速可以比工作材料内的声速更快，其中相对流速被减小到比在站506或站507之前整个冲击波中的声速更慢的速度。

站501与站503之间的工作材料的膨胀增加了流过通道492的工作材料的平均速度。在该简化的示例中，该膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在该实施方式中，站504与站506之间的工作材料的压缩可以被描述为基本上绝热的压缩。在其他实施方式中，压缩可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地由轴流式压缩机例如在常规喷气发动机中发现的轴流式压缩机来执行。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地例如由离心式压缩机来执行。为了减少与压缩机的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式压缩机优选地位于穿过通道432的亚音速流体流的一部分中，例如在第二喉部与站506之间或者在第二喉部与站507之间。

通道492的第三收缩498和第三膨胀部499二者被配置成使流过通道492的工作材料在正Y方向上膨胀和加速。第三喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第三收缩498与第三膨胀部499之间具有通道492的最小截面区域的通道492的部分。在第三喉部处工作材料相对于实施方式490的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该实施方式中，在上游，例如在站507处，平均相对速度小于声速，并且在下游，例如在站509处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站507与站509之间的工作材料的膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在其他实施方式中，膨胀可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地由轴流式涡轮例如在常规喷气发动机——例如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或涡轮轴发动机——中发现的轴流式涡轮来执行。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地例如由离心式涡轮来执行。为了减少与涡轮的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式涡轮优选地位于穿过通道492的亚音速流体流的一部分中，例如在站507与第三喉部之间。在一些这样的实施方式中，实施方式下游的工作材料可以以比工作材料中的声速更慢的速度相对于实施方式移动。换言之，对于轴流式或离心式涡轮或等效装置位于站507与第三喉部之间的实施方式，不需要通道492的第三膨胀部499，使得第三喉部也是第二开口500，并且使得第二开口下游的平均流速相对于装置490是亚音速的。实际上，在站507处工作材料内包含的热能的一部分可以通过常规的轴流式或离心式涡轮被转换成有用的机械轴功，从而导致等效的第二开口下游的更小的平均流速。例如，轴流式涡轮的驱动轴可以被用来为发电机提供动力，该发电机被配置成将轴功的至少一部分转换成电能。在另一个示例中，轴流式涡轮的驱动轴可以机械地耦接至涡轮风扇发动机的风扇或者涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨。在一些实施方式中，机械耦接可以包括齿轮系，例如行星齿轮。这样的配置的细节及其应用在常规飞机涡轮或动力涡轮的领域中是众所周知的。

虚线518和519表示入射在实施方式490的前缘或起源于后缘的停滞流线。因此，流线518和519是流表面或流管的一部分，其将在实施方式490周围流动的工作材料与流过实施方式490的通道492的工作材料分开。在该实施方式中，当沿着Y方向观看时，流管是圆形的。

每单位质量的体积力生成装置或“BFGA”510位于通道492附近。BFGA 450被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，可以调节该体积力的大小。BFGA 510包括第一电荷集合体511和第二电荷集合体515。在所示的配置中，第一电荷集合体511带正电荷，而第二电荷集合体515带负电荷。在其他实施方式中，可以使电荷集合体中的电荷的极性反转，即，第一电荷集合体带负电荷，而第二电荷集合体带正电荷。

在图16所示的实施方式中，可以通过充电或放电或者减少电荷集合体中的电荷来调节电荷集合体中的电荷的量。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括导体，其能够促进导体内包含的电荷的累积或电荷的量的减少。在一些这样的实施方式中，在某些情况下，在时间上，电荷集合体中的电荷的量可以被配置为零。充电过程可以包括：在第一电荷集合体511和第二电荷集合体515两端施加电压差。该电压差例如可以由电池或电容器提供。第一电荷集合体511和第二电荷集合体515彼此电绝缘并且与体材料491的部分电绝缘。诸如绝缘铜线的电导体将第一电荷集合体511连接至电压源，并且将第二电荷集合体515连接至电压源。未示出这些电导体。在第一电荷集合体511与通道492之间以及在第二电荷集合体511与通道492之间，体材料491是电绝缘体。实际上，第一电荷集合体511和第二电荷集合体515可以被认为是电容器的相对导电板，其中这些板之间的电介质包括工作材料以及第一电荷集合体511与第二电荷集合体515之间的体材料491的相关部分。在所示的实施方式中，第一电荷集合体511和第二电荷集合体515以如下方式被配置：当第一电荷集合体511和第二电荷集合体515带相反电荷时，大部分电场线穿过通道492内的工作材料。为此，第一电荷集合体511和第二电荷集合体515可以包括若干绝缘的导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于Y轴被布置在第一电荷集合体511内。这可以用于防止或减少第一电荷集合体511和第二电荷集合体515内的电荷的任何不期望的重新分布。

根据本发明的一些实施方式，并且如下所述，BFGA 510在标称操作期间的作用是：在BFGA 510附近的通道492中的工作材料在恒定压力下的比热容的增加。在图16所示的实施方式和操作方法中，为了简单起见，工作材料的压力在工作材料在恒定压力下的比热容的增大过程或降低过程中是恒定的。在恒定压力下比热容的增加对应于工作材料的温度的降低和密度的增加。在图16中，在恒定压力下比热容的该增加发生在站503与站504之间。在该实施方式中，在站504与站506之间，在恒定压力下的比热容基本上是恒定的。在站506与站507之间，在恒定压力下的比热容降低到站503或站501处的原始值。对于图16所示的实施方式，工作材料的比热容的增加可以被认为是负电热效应。

实际上，从站503到站504的转变可以被描述为体积上的等压压缩或等压减少。在其他实施方式或其他边界条件或其他操作方法中，在比热容的整个变化中，压力不必是恒定的。例如，在恒定压力下的比热容的增加或降低期间，压力可以增加或降低。例如，可以通过压缩或膨胀装置例如管道或者通道492的收缩或膨胀或者轴流式涡轮或压缩机对工作材料做功，或者可以从工作材料添加或移除热量或质量。在图16所示的简化实施方式中，在实施方式490的通道492内的工作材料与实施方式490的其余部分之间不交换热量或质量。在另一个示例中，比热容的增加或降低可以在等容过程中在恒定体积下发生。在另一个示例中，比热容的增加或降低可以在多变过程中发生。

可以由BFGA调节工作材料内物体的平均势能的大小。根据本发明的一些实施方式，BFGA的激活水平控制每单位质量的体积力的强度，这进而调节工作材料内的物体的平均势能，其可以被用来控制工作材料的比热容。

注意，在图16所示的等压场景下，在BFGA的整个激活中对工作材料做功，并且密度增加，同时温度绝热地降低，即，不与除了工作材料之外的热储进行热量交换。

注意，为了简单起见，在图16所示的实施方式中，假定BFGA的激活水平的变化不消耗功。在一些实施方式中，BFGA的激活可能消耗功。在一些这样的实施方式中，该功的至少一部分可以被回收，其中回收可以在BFGA的失活期间或者在热能转换成有用能量例如机械功或电功期间发生。

图16还示出了通道492内的工作材料的物理参数的近似值随着沿着Y方向的位置的变化的曲线图。

平行于Y轴的水平轴527表示沿着Y方向的位置，在该位置处测量相应的物理参数。平行于X轴的垂直轴528示出了物理参数的值。注意，对于不同的物理参数，即曲线图中所示的不同线，垂直轴528的标度是不同的。在自由流中，工作材料大致处于标准压力和温度下、处于恒定压力下的自然比热容下以及处于自由流流速下。

线529示出了工作材料相对于实施方式490的平均速度的大小随着Y方向上的位置的变化。线530示出了在站501处工作材料相对于实施方式490的平均速度的大小的值，以供参考。注意，在站509处工作材料相对于实施方式490的平均速度的大小大于在站501处工作材料相对于实施方式490的平均速度的大小。

线531示出了工作材料在恒定压力下的比热容随着沿着Y方向的位置的变化。线532示出了在站501处在恒定压力下的比热容的值，以供参考。

线533示出了工作材料的温度随着Y方向上的位置的变化。线534示出了在站501处温度的值，以供参考。注意，站509处的温度低于站501处的温度。因此，可以认为实施方式490使流过通道492的工作材料冷却或对流过通道492的工作材料进行制冷。

线535示出了工作材料的静压力随着Y方向上的位置的变化。线536示出了站501处的静压力的值，以供参考。

本发明的一些实施方式产生净机械功输出。在所示的实施方式中，与站501相比，如由站509处的工作材料的较大平均相对速度529所示，机械功被用来使工作材料加速。相关联的推力可以被用来抵消由于穿过工作材料的运动而作用于实施方式490和连接至其的任何装置例如飞机的其余部分上的拖拽力的至少一部分。在这样的应用中，实施方式490可以以与常规冲压式喷气发动机类似的方式被操作。

机械功还可以以多种方式被转换成电能。

图17是本发明的一个实施方式的截面图。图17所示的装置的一些特征以及该装置的一些操作原理与其他图所示的装置共享相似性，因此将不在图17的上下文中进行相同的详细描述，反之亦然。除了BFGA 570之外，所示的实施方式550关于平行于Y轴并与实施方式550的中心重合的轴以圆柱的形式对称。因此，外表面580是沿着Y轴具有可变半径的旋转体或圆柱体的形状。

实施方式550包括位于第一开口553与第二开口560之间具有内表面582的通道552，其中，通道包括第一收缩部554、第一膨胀部555、第二收缩部556、第二膨胀部557和第三收缩558。当沿着Y方向观看时，通道552的截面几何形状是圆形的。在其他实施方式中，通道552的截面几何形状或外表面580可以是正方形或矩形。在一些实施方式中，例如，通道552的部分的截面几何形状可以沿着通道的长度即在正Y方向或负Y方向上从正方形变化到圆形。

体材料551可以包括诸如铝、钛或钢的金属。体材料551还可以包括陶瓷。在一些实施方式中，体材料551包括复合材料，例如碳纤维或玻璃纤维。体材料551还可以包括诸如玻璃的电绝缘体。

在图17中，实施方式550以恒定的速度大小和方向相对于工作材料移动。上游工作材料相对于实施方式550的自由流速度方向平均地与Y轴即从页面的左侧指向页面的右侧对准。为了描述清楚起见，假定上游工作材料相对于实施方式550的速度大小和方向在空间和时间上是恒定的。

例如，工作材料可以是诸如空气、氦气或氮气的气体。工作材料也可以是诸如水的液体。在图17所示的实施方式中，为了简单起见，工作材料被视为理想气体。在图17中，为了描述清楚起见，工作材料被视为双原子理想气体。在图17的实施方式中，工作材料可以是任何合适的材料，其中在下面说明适合性的条件。

在图17所示的配置中，实施方式550上游例如在站561处的工作材料比实施方式550上游的工作材料中的声速更慢地相对于实施方式550移动。工作材料相对于实施方式550的速度的大小可以小于工作材料相对于图6、图15和图16所示的实施方式的速度的大小。第一收缩部554和第一膨胀部555被配置成使流过通道552的工作材料在正Y方向上膨胀。第一喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第一收缩部554和第一膨胀部555之间具有通道552的最小截面区域的通道552的部分。在第一喉部处工作材料相对于实施方式550的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该特定操作模式中，在上游，例如在站561处，平均相对速度小于声速，并且在更下游，例如在站563处，平均相对速度大于所述位置处的工作材料内的声速。

通道552的第二收缩部556和第二膨胀部557二者被配置成在正Y方向上压缩流过通道552的工作材料。第二喉部被定义为当沿着Y方向观看时在第二收缩部556和第二膨胀部557之间具有通道552的最小截面区域的通道552的部分。在第二喉部处工作材料相对于实施方式550的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该特定操作模式中，在上游，例如在站563或站564处，平均相对速度大于声速，并且在更下游，例如在站566或站567处，平均相对速度小于所述位置处的工作材料内的声速。在一些实施方式中，可以存在位于第二喉部与站566之间或者位于第二喉部与站567之间的冲击波。换言之，第二喉部下游的工作材料的相对流速可以比工作材料内的声速更快，其中相对流速被减小到比在站566或站567之前整个冲击波中的声速更慢的速度。

站561与站563之间的工作材料的膨胀增加了流过通道552的工作材料的平均速度。在该简化的示例中，该膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在该实施方式中，站564与站566之间的工作材料的压缩可以被描述为基本上绝热的压缩。在其他实施方式中，压缩可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地由轴流式压缩机例如在常规喷气发动机中发现的轴流式压缩机来执行。在其他实施方式中，这种压缩可以至少部分地例如由离心式压缩机来执行。为了减少与压缩机的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式压缩机优选地位于穿过通道552的亚音速流体流的一部分中，例如在第二喉部与站566之间或者在第二喉部与站567之间。

通道552的第三收缩558被配置成使流过通道552的工作材料在正Y方向上膨胀和加速。在第三喉部处工作材料相对于实施方式550的平均速度约等于在该位置处的工作材料内的声速。在该实施方式中，在上游，例如在站567处，平均相对速度小于声速，并且在下游，例如在站569处，平均相对速度大于工作材料内的声速。在该实施方式中，站567与站569之间的工作材料的膨胀可以被描述为基本上绝热的膨胀。在其他实施方式中，膨胀可以包括从工作材料或到工作材料的热传递。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地由轴流式涡轮例如在常规喷气发动机——例如，涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或涡轮轴发动机——中发现的轴流式涡轮来执行。在其他实施方式中，这种膨胀可以至少部分地例如由离心式涡轮来执行。为了减少与涡轮的转子叶片相关联的波阻，轴流式或离心式涡轮优选地位于穿过通道552的亚音速流体流的一部分中，例如在站567与第三喉部之间。在一些这样的实施方式中，实施方式下游的工作材料可以以比工作材料中的声速更慢的速度相对于实施方式移动。换言之，对于轴流式或离心式涡轮或等效装置位于站567与第三喉部之间的实施方式，不需要通道552的第三膨胀部559，使得第三喉部也是第二开口560，并且使得第二开口下游的平均流速相对于装置550是亚音速的。实际上，在站567处工作材料内包含的热能的一部分可以通过常规的轴流式或离心式涡轮被转换成有用的机械轴功，从而导致等效的第二开口下游的较小的平均流速。以这种方式，在站569处的工作材料的动能或者在站567处的工作材料的热能和压力可以通过在涡轮例如轴流式涡轮、风力涡轮、开放式转子推进器或管式转子推进器中使工作材料膨胀和/或减速而被转换成轴功。例如，可以以与涡轮螺旋桨发动机或涡轮轴发动机中的动力涡轮或自由涡轮类似的方式来配置和操作涡轮。例如，轴流式涡轮的驱动轴可以被用来为发电机提供动力，该发电机被配置成将轴功的至少一部分转换成电能。在另一个示例中，轴流式涡轮的驱动轴可以机械地耦接至涡轮风扇发动机的风扇或者涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨。在一些实施方式中，机械耦接可以包括齿轮系，例如行星齿轮。这样的配置的细节及其应用在常规飞机涡轮或动力涡轮的领域中是众所周知的。因此，在一些实施方式中，发动机550和任何相关联的动力涡轮可以附接至交通工具，例如飞机、诸如汽车、卡车或火车的陆地交通工具或者诸如小船的船舶。在一些实施方式中，发动机550和任何相关联的动力涡轮可以被刚性地安装到地面，并且以与常规风力涡轮类似的方式被操作。例如，可以通过发电机将由位于站567下游的任何动力涡轮生成的机械轴功转换成电能。在这样的实施方式中，发动机550可以被认为是人造风源。如所讨论的，工作材料的压力的变化或速度的变化所需的能量由例如空气的工作材料的热能提供。

可以通过引起工作材料的整体流穿过通道552来起动发动机550。该整体流可以由推进器生成。例如，推进器可以由电机提供动力，并且推进器可以被配置成拉或推工作材料穿过通道552。该整体流也可以由压缩的工作材料的源生成。例如，可以打开到压缩的工作材料的罐的阀，并且可以将工作材料释放到通道552中，从而引起工作材料的整体流穿过通道552。

虚线578和579表示入射在实施方式550的前缘或起源于后缘的停滞流线。因此，流线578和579是流表面或流管的一部分，其将在实施方式550周围流动的工作材料与流过实施方式550的通道552的工作材料分开。在该实施方式中，当沿着Y方向观看时，流管是圆形的。

每单位质量的体积力生成装置或“BFGA”570位于通道552附近。BFGA 570被配置成能够对工作材料的物体例如原子或分子施加至少一个每单位质量的体积力。在该实施方式中，可以调节该体积力的大小。BFGA 570包括第一电荷集合体571和第二电荷集合体575。在所示的配置中，第一电荷集合体571带正电荷，而第二电荷集合体575带负电荷。在其他实施方式中，可以使电荷集合体中的电荷的极性反转，即，第一电荷集合体带负电荷，而第二电荷集合体带正电荷。

在图17所示的实施方式中，可以通过充电或放电或者减少电荷集合体中的电荷来调节电荷集合体中的电荷的量。在这样的实施方式中，电荷集合体可以包括导体，其能够促进导体内包含的电荷的累积或电荷的量的减少。在一些这样的实施方式中，在某些情况下，在时间上，电荷集合体中的电荷的量可以被配置为零。充电过程可以包括在第一电荷集合体571与第二电荷集合体575两端施加电压差。该电压差例如可以由电池或电容器提供。第一电荷集合体571和第二电荷集合体575彼此电绝缘并且与体材料551的部分电绝缘。诸如绝缘铜线的电导体将第一电荷集合体571连接至电压源，并且将第二电荷集合体575连接至电压源。未示出这些电导体。在第一电荷集合体571与通道552之间以及在第二电荷集合体575与通道552之间，体材料551是电绝缘体。实际上，第一电荷集合体571和第二电荷集合体575可以被认为是电容器的相对导电板，其中这些板之间的电介质包括工作材料以及第一电荷集合体571与第二电荷集合体575之间的体材料551的相关部分。在所示的实施方式中，第一电荷集合体571和第二电荷集合体575以如下方式被配置：当第一电荷集合体571和第二电荷集合体575带相反电荷时，大部分电场线穿过通道552内的工作材料。为此，第一电荷集合体571和第二电荷集合体575可以包括若干绝缘的导体。这些导体例如可以是导线，并且可以平行于Y轴被布置在第一电荷集合体571内。这可以用于防止或减少第一电荷集合体571和第二电荷集合体575内的电荷的任何不期望的重新分布。

根据本发明的一些实施方式，并且如下面说明的，BFGA 570在标称操作期间的作用是在BFGA 570附近的通道552中的工作材料在恒定压力下的比热容的增加。在图17所示的实施方式和操作方法中，为了简单起见，工作材料的压力在工作材料在恒定压力下的比热容的增大过程或降低过程中是恒定的。在恒定压力下比热容的增加对应于工作材料的温度的降低和密度的增加。在图17中，在恒定压力下比热容的该增加发生在站563与站564之间。在该实施方式中，在站564与站566之间，在恒定压力下的比热容基本上是恒定的。在站566与站567之间，在恒定压力下的比热容被降低到站563或站561处的原始值。对于图17所示的实施方式，工作材料的比热容的增加可以被认为是负电热效应。

实际上，从站563到站564的转变可以被描述为体积上的等压压缩或等压减少。在其他实施方式或其他边界条件或其他操作方法中，在比热容的整个变化中，压力不必是恒定的。例如，在恒定压力下的比热容的增加或降低期间，压力可以增加或降低。例如，可以通过压缩或膨胀装置例如管道或者通道552的收缩或膨胀或者轴流式涡轮或压缩机对工作材料做功，或者可以从工作材料添加或移除热量或质量。在图17所示的简化实施方式中，在实施方式550的通道552内的工作材料与实施方式550的其余部分之间不交换热量或质量。在另一个示例中，比热容的增加或降低可以在等容过程中在恒定体积下发生。在另一个示例中，比热容的增加或降低可以在多变过程中发生。

可以由BFGA调节工作材料内的物体的平均势能的大小。根据本发明的一些实施方式，BFGA的激活水平控制每单位质量的体积力的强度，这进而调节工作材料内的物体的平均势能，其可以被用来控制工作材料的比热容。

注意，在图17所示的等压场景下，在BFGA的整个激活中对工作材料做功，并且密度增加，同时温度绝热地降低，即，不与除了工作材料之外的热储进行热交换。

注意，为了简单起见，在图17所示的实施方式中，假定BFGA的激活水平的变化不消耗功。在一些实施方式中，BFGA的激活可能消耗功。在一些这样的实施方式中，该功的至少一部分可以被回收，其中回收可以在BFGA的失活期间或者在热能被转换成有用能量例如机械功或电功期间发生。

图17还示出了通道552内的工作材料的物理参数的近似值随着沿着Y方向的位置的变化的曲线图。

平行于Y轴的水平轴587表示沿着Y方向的位置，在该位置处测量相应的物理参数。平行于X轴的垂直轴588示出了物理参数的值。注意，对于不同的物理参数，即曲线图中所示的不同线，垂直轴588的标度是不同的。在自由流中，工作材料大致处于标准压力和温度下、处于恒定压力下的自然比热容下以及处于自由流流速下。

线589示出了工作材料相对于实施方式550的平均速度的大小随着Y方向上的位置的变化。线590示出了在站561处工作材料相对于实施方式550的平均速度的大小的值，以供参考。注意，在站569处工作材料相对于实施方式550的平均速度的大小大于在站561处工作材料相对于实施方式550的平均速度的大小。

线591示出了工作材料在恒定压力下的比热容随着沿着Y方向的位置的变化。线592示出了在站561处在恒定压力下的比热容的值，以供参考。

线593示出了工作材料的温度随着Y方向上的位置的变化。线594示出了在站561处的温度的值，以供参考。注意，站569处的温度低于站561处的温度。因此，可以认为实施方式550使流过通道552的工作材料冷却或对流过通道552的工作材料进行制冷。

线595示出了工作材料的静压力随着Y方向上的位置的变化。线596示出了站561处的静压力的值，以供参考。

本发明的一些实施方式产生净机械功输出。在所示的实施方式中，与站561相比，如由站569处的工作材料的较大平均相对速度589所示，机械功被用来加速工作材料。相关联的推力可以被用来抵消由于穿过工作材料的运动而作用于实施方式550和连接至其的任何装置例如飞机的其余部分上的拖拽力的至少一部分。在这样的应用中，实施方式550可以以与常规冲压式喷气发动机类似的方式被操作。

机械功还可以以多种方式被转化成电能。

图6、图15、图16和图17示出了被配置成在不同的自由流流速下操作的不同的实施方式。在一些实施方式中，单个实施方式可以被配置成在不同的自由流流速下操作。为此，可以修改或变形单个实施方式的通道的配置，以便使通道的形状适应不同的自由流流速。可以采用多种变形方法来促进这一点。

在通道的截面几何形状是圆形的情况下，可以采用可变几何形状喷嘴来修改第一喉部、第二喉部或第三喉部处以及第一开口或第二开口处的通道的截面区域。在常规的高性能喷气发动机的排气口处发现这样的可变几何形状喷嘴。类似结构的喷嘴可以被安装在本发明的单个实施方式的第一开口处、第一收缩部处和第二开口处。

在通道的截面几何形状为圆形或环形的其他实施方式中，可以采用平移钉来修改在第一喉部、第二喉部或第三喉部处通道的截面区域。在这样的实施方式中，可以使用常规的可变几何形状喷嘴来修改第一开口和第二开口的截面区域。

在通道的截面几何形状为正方形或矩形的情况下，可以采用斜坡来修改通道沿着通道的长度的截面区域。

例如，可以通过液压和/或电动致动器来致动斜坡、平移钉或喷嘴。

如以下示例所示，可以根据自由流流速大小来修改单个实施方式的配置。图17可以对应于马赫数(Mach number)低于约0.5马赫下的单个实施方式的配置。图16可以对应于低于1马赫的配置。图15可以对应于低于约1.5马赫的配置。图6可以对应于高于1.5马赫的配置。可以针对其他类型的工作材料或其他类型的实施方式来建立其他合适的操作模式。

图18示出了用于示例操作方法的本发明的实施方式的子集的标准化的压力611与比容610的关系的曲线图。通过站612处的压力的值对压力进行标准化。例如，图18可以描述与图17所示的实施方式550类似的实施方式的示例操作方法。因此，实施方式550将被用来说明图18所示的操作方法，反之亦然。

在自由流中，通过站612来描述工作材料的热力学属性。站613描述在工作材料的绝热膨胀618之后工作材料的属性。例如，绝热膨胀可以发生在轴流式或离心式涡轮中。膨胀也可以发生在会聚发散管道例如通道552的第一收缩部554和第一膨胀部555中。

在该实施方式中，由于工作材料的物体经受足够强度的BFGA的电场，因此工作材料在恒定压力下的比热容增加。作为在恒定压力下比热容增加的结果，工作材料的温度和比容降低。对于该操作方法，由于通道552的几何形状，在实施方式550中在整个该过程中压力保持恒定。因此，从站613到站614的转变是等压压缩619。如提到的，从站614到站615的转变是绝热压缩620。例如，该压缩可以由离心式或轴流式压缩机执行。压缩也可以由会聚发散管道例如通道552的第二收缩部556和第二膨胀部557来执行。注意，在图18所示的整个绝热压缩或膨胀过程中，在恒定压力下的比热容基本上保持恒定。当工作材料的物体从站615移动到站616时，它们不再经受足够大的电场强度。因此，在从站615到站616的整个等压膨胀621中，工作材料在恒定压力下的比热容降低。在站616处在恒定压力下的比热容基本上等于在站612处在恒定压力下的比热容。在其他实施方式中，从站615到站616或者从站613到站614的转变不必是等压的。例如，在一些实施方式中，所述转变可以是等容的或多变的。从站616到站617的转变是绝热膨胀622，其可以例如在常规的轴流式或离心式压缩机中被执行。膨胀也可以发生在会聚管道例如通道552的第三收缩558中。膨胀也可以发生在会聚发散管道例如通道492的第三收缩498和第三膨胀部499中。站617描述通道的第二开口下游的工作材料的属性。在一些实施方式中，站617处的工作材料基本上等压地623返回到站612。当热力循环反向运行时，其中初始站类似于站617，后续站类似于站616，倒数第二站类似于站612，本发明的实施方式可以被用来将机械功转换成热量。

注意，沿着图18的轴的值是任意的，并且不旨在将本发明限于特定的工作材料或操作方法。采用对恒定体积或压力下的比热容的人为的和故意的修改的其他热力学循环在本发明的范围内。

通常，本文中描述的原理和方法还可以应用于其他类型的边界条件或其他类型的热力学压缩或膨胀装置。例如，本发明的实施方式上游的工作材料的速度可能比一些实施方式该位置处的工作材料中的声速更慢。前述绝热膨胀或压缩过程也可以由轴流式或离心式涡轮或压缩机或者由往复式活塞发动机来执行。如所提到的，这些压缩或膨胀在一些实施方式中不必是绝热的。例如，压缩或膨胀可以是等温的或者以其他方式是多变的。

在其他实施方式中或者对于其他操作方法或者对于BFGA的其他激活水平，工作材料可以以如下方式被配置：相对于工作材料的BFGA的激活降低恒定压力下的比热容和恒定体积下的比热容。在这些实施方式中，BFGA的激活可以被认为冻结或减少至少一个EDOF的DE，从而导致热容的降低。在这样的实施方式中，BFGA可以在工作材料的压缩之后以及在工作材料的膨胀之前和在工作材料的膨胀期间被激活，并且在所述膨胀之后失活。例如，前述膨胀和压缩可以是绝热的。通常，本发明的一些实施方式以如下方式被配置：在工作材料的压缩期间的比热容大于在工作材料的膨胀期间的比热容。例如，对于与图6所示的实施方式类似的实施方式，如图6所示，这样的BFGA可以位于通道62的第二收缩部66和第二膨胀部67之间，或者这样的BFGA可以被定位成与通道62的第二收缩部66和第二膨胀部67重合，而不是这样的BFGA位于通道62的第一收缩部64和第一膨胀部65之间或者被定位成与通道62的第一收缩部64和第一膨胀部65重合。回想一下，工作材料在通道62的整个第二收缩部66和整个第二膨胀部67二者中被膨胀。

本发明的实施方式可以被用于在工作材料进入常规的涡轮机械之前对工作材料进行预冷，例如涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机或具有往复式活塞的常规内燃机。这可以降低峰值温度或提高这样的内燃机的效率。

本发明的方面

本发明还由以下方面限定。

方面1.一种用于与工作材料相互作用的装置，其中，所述装置包括：体积力生成装置，所述体积力生成装置被配置成人为地修改所述工作材料的比热容；以及功交换装置。

方面2.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置包括压缩装置，其中压缩装置被配置成对所述工作材料做功。

方面3.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置包括膨胀装置，其中膨胀装置被配置成允许所述工作材料对所述膨胀装置做功。

方面4.根据方面1所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成增加所述工作材料的比热容。

方面5.根据方面1所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成降低所述工作材料的比热容。

方面6.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料包括固体颗粒或固体物体。

方面7.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料包括流体，例如液体、气体或胶体。

方面8.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料包括电子。

方面9.根据方面8所述的装置，其中，通过所述体积力生成装置修改电子的比热容。

方面10.根据方面1所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力性质上是电磁的。

方面11.根据方面1所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力性质上是引力的。

方面12.根据方面1所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力性质上是惯性的。

方面13.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力性质上是电的。

方面14.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力性质上是磁的。

方面15.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括磁场生成装置。

方面16.根据方面15所述的装置，其中，通过流过导体的电流生成所述磁场的至少一部分。

方面17.根据方面16所述的装置，其中，所述导体的至少一部分是超导的。

方面18.根据方面16所述的装置，其中，所述导体的至少一部分以螺线管方式布置在所述工作材料的至少一部分周围或内部。

方面19.根据方面15所述的装置，其中，通过永磁体生成所述磁场的至少一部分。

方面20.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括电场生成装置。

方面21.根据方面20所述的装置，其中，所述电场生成装置包括被配置成累积正电荷或负电荷的电导体。

方面22.根据方面20所述的装置，其中，所述电场生成装置包括正电荷集合体或负电荷集合体。

方面23.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括电离装置，所述电离装置被配置成使所述工作材料的至少一部分电离。

方面24.根据方面23所述的装置，其中，能够回收在电离过程中消耗的能量的至少一部分。

方面25.根据方面24所述的装置，其中，通过功交换装置回收所述能量的至少一部分，所述功交换装置被配置成允许所述工作材料对所述功交换装置做功。

方面26.根据方面25所述的装置，其中，所述功交换装置包括发电机。

方面27.根据方面25所述的装置，其中，所述功交换装置包括轴流式或离心式涡轮机。

方面28.根据方面25所述的装置，其中，所述功交换装置包括往复式活塞。

方面29.根据方面24所述的装置，其中，通过热电能量转换装置回收所述能量的至少一部分。

方面30.根据方面24所述的装置，其中，经由光电效应回收所述能量的至少一部分。

方面31.根据方面24所述的装置，其中，通过能量转换装置回收所述能量的至少一部分，所述能量转换装置被配置成将热能转换成有用的能量。

方面32.根据方面31所述的装置，其中，所述有用的能量为电能的形式。

方面33.根据方面31所述的装置，其中，所述有用的能量为机械能的形式。

方面34.根据方面23所述的装置，其中，所述电离装置被配置成经由介质阻挡放电使所述工作材料电离。

方面35.根据方面23所述的装置，其中，所述电离装置被配置成经由电磁辐射使所述工作材料电离。

方面36.根据方面35所述的装置，其中，通过激光生成电磁辐射。

方面37.根据方面35所述的装置，其中，通过天线生成电磁辐射。

方面38.根据方面23所述的装置，其中，所述电离装置被配置成经由所述工作材料的至少一部分内的电场中的足够强的空间或时间梯度来使所述工作材料电离。

方面39.根据方面38所述的装置，其中，所述电场中的空间梯度由带电的电导体提供，所述带电的电导体具有进入所述工作材料中的小的突出部。

方面40.根据方面38所述的装置，其中，经由场解吸电离使所述工作材料的至少一部分电离。

方面41.根据方面23所述的装置，其中，所述工作材料的经电离的部分包括非热等离子体。

方面42.根据方面23所述的装置，其中，所述工作材料的经电离的部分能够包括净电荷。

方面43.根据方面23所述的装置，其中，所述工作材料的经电离的部分是固体材料。

方面44.根据方面12所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力被配置成通过使所述工作材料加速而在所述工作材料内感应惯性体积力。

方面45.根据方面44所述的装置，其中，所述体积力生成装置的体积力被配置成通过使所述工作材料绕轴线旋转而在所述工作材料内感应惯性体积力。

方面46.根据方面44所述的装置，其中，所述加速包括与所述工作材料的平移相关联的加速。

方面47.根据方面44所述的装置，其中，所述加速包括与所述工作材料的旋转相关联的加速。

方面48.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成使所述工作材料的至少一部分电极化。

方面49.根据方面10所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成在工作材料内的物体的至少一部分上感应磁偶极子。

方面50.根据方面1所述的装置，其中，工作材料内的物体的比热容被修改。

方面51.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料内的物体集合的比热容被修改。

方面52.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料的比热容被修改。

方面53.根据方面10所述的装置，其中，通过正磁热效应或负磁热效应来修改工作材料的比热容。

方面54.根据方面10所述的装置，其中，通过正电热效应或负电热效应来修改工作材料的比热容。

方面55.根据方面2所述的装置，其中，所述压缩装置包括轴流式或离心式压缩机。

方面56.根据方面2所述的装置，其中，所述压缩装置包括往复式活塞。

方面57.根据方面2所述的装置，其中，所述压缩装置包括体积力生成装置。

方面58.根据方面57所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括电场生成装置。

方面59.根据方面57所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括磁场生成装置。

方面60.根据方面57所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括引力场生成装置。

方面61.根据方面57所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括惯性体积力生成装置。

方面62.根据方面2所述的装置，其中，所述压缩装置包括管道，流体工作材料被配置成流动通过所述管道。

方面63.根据方面62所述的装置，其中，所述管道是会聚发散管道。

方面64.根据方面62所述的装置，其中，所述管道是发散管道。

方面65.根据方面62所述的装置，其中，所述管道是会聚管道

方面66.根据方面62所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为圆形。

方面67.根据方面62所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为环形。

方面68.根据方面62所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为椭圆形。

方面69.根据方面62所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为矩形。

方面70.根据方面3所述的装置，其中，所述膨胀装置包括轴流式或离心式涡轮机。

方面71.根据方面3所述的装置，其中，所述膨胀装置包括往复式活塞。

方面72.根据方面3所述的装置，其中，所述膨胀装置包括体积力生成装置。

方面73.根据方面72所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括电场生成装置。

方面74.根据方面72所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括磁场生成装置。

方面75.根据方面72所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括引力场生成装置。

方面76.根据方面72所述的装置，其中，所述体积力生成装置包括惯性体积力生成装置。

方面77.根据方面3所述的装置，其中，所述膨胀装置包括管道，流体工作材料被配置成流动通过所述管道。

方面78.根据方面77所述的装置，其中，所述管道是会聚发散管道。

方面79.根据方面77所述的装置，其中，所述管道是发散管道。

方面80.根据方面77所述的装置，其中，所述管道是会聚管道。

方面81.根据方面77所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为圆形。

方面82.根据方面77所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为环形。

方面83.根据方面77所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为椭圆形。

方面84.根据方面77所述的装置，其中，在所述工作材料流动通过所述管道的方向上观察的所述管道的截面区域在形状上为矩形。

方面85.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置包括：压缩装置，其中压缩装置被配置成对所述工作材料做功；以及膨胀装置，其中所述膨胀装置被配置成允许所述工作材料对所述膨胀装置做功。

方面86.根据方面85所述的装置，其中，所述装置被配置成能够在使所述工作材料膨胀之前压缩所述工作材料。

方面87.根据方面85所述的装置，其中，所述装置被配置成能够在压缩所述工作材料之前使所述工作材料膨胀。

方面88.根据方面85所述的装置，其中，所述膨胀装置和所述压缩装置是相同装置。

方面89.根据方面85所述的装置，其中，所述装置还包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器被配置成在所述工作材料与另一热储之间交换热量。

方面90.根据方面86所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容，其中所述人为的增加为是增加到相应的自然比热容之上。

方面91.根据方面86所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容，其中所述人为的降低是降低到相应的自然比热容之下。

方面92.根据方面86所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容。

方面93.根据方面86所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容。

方面94.根据方面87所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容，其中所述人为的增加是增加到相应的自然比热容之上。

方面95.根据方面87所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容，其中所述人为的降低是降低到相应的自然比热容之下。

方面96.根据方面87所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容。

方面97.根据方面87所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容。

方面98.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料是空气。

方面99.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料是水。

方面100.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料是移动电荷载流子。

方面101.根据方面100所述的装置，其中，所述工作材料是电子。

方面102.根据方面100所述的装置，其中，所述工作材料是离子。

方面103.根据方面100所述的装置，其中，所述工作材料是质子。

方面104.根据方面85所述的装置，其中，所述膨胀装置包括第一膨胀机和第二膨胀机。

方面105.根据方面85所述的装置，其中，所述压缩装置包括第一压缩机和第二压缩机。

方面106.根据方面104所述的装置，其中，所述压缩装置包括单个压缩机。

方面107.根据方面105所述的装置，其中，所述膨胀装置包括单个膨胀机。

方面108.根据方面85所述的装置，其中，所述膨胀装置包括单个膨胀机。

方面109.根据方面85所述的装置，其中，所述压缩装置包括单个压缩机。

方面110.根据方面106所述的装置，其中，所述装置被配置成能够在在所述压缩机中压缩所述工作材料之前使所述工作材料在所述第一膨胀机中膨胀，以及被配置成能够在使所述工作材料在所述第二膨胀机中膨胀之前在所述压缩机中压缩所述工作材料。

方面111.根据方面110所述的装置，其中，所述装置还包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器被配置成在所述工作材料与另一热储之间交换热量。

方面112.根据方面110所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容，其中所述人为的增加是增加到相应的自然比热容之上。

方面113.根据方面110所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于膨胀的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容，其中所述人为的降低是降低到相应的自然比热容之下。

方面114.根据方面110所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容。

方面115.根据方面110所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于膨胀的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容。

方面116.根据方面107所述的装置，其中，所述装置被配置成能够在使所述工作材料在所述膨胀机中膨胀之前在所述第一压缩机中压缩所述工作材料，以及被配置成能够在在所述第二压缩机中压缩所述工作材料之前使所述工作材料在所述膨胀机中膨胀。

方面117.根据方面116所述的装置，其中，所述装置还包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器被配置成在所述工作材料与另一热储之间交换热量。

方面118.根据方面116所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于压缩的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容，其中所述人为的增加是增加到相应的自然比热容之上。

方面119.根据方面116所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容，其中所述人为的降低是降低到相应的自然比热容之下。

方面120.根据方面116所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述压缩的至少一部分人为地降低所述工作材料的比热容。

方面121.根据方面116所述的装置，其中，所述体积力生成装置被配置成能够对于所述膨胀的至少一部分人为地增加所述工作材料的比热容。

方面122.根据方面85所述的装置，其中，所述膨胀装置包括单个膨胀机，并且所述压缩装置包括单个压缩机，其中，所述工作材料在时间上顺序地与所述压缩机和所述膨胀机相互作用。

方面123.一种系统，其包括根据方面122所述的装置中的两个或更多个，其中，所述装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用。

方面124.一种系统，其包括根据方面86所述的装置中的两个或更多个，其中，所述装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用。

方面125.一种系统，其包括根据方面87所述的装置中的两个或更多个，其中，所述装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用。

方面126.一种系统，其包括方面86所述的装置中的两个或更多个，其中，所述装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用。

方面127.一种系统，其包括方面86所述的装置中的一个或更多个装置和一个根据方面110所述的装置，其中，根据方面86所述的装置中的一个或更多个装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用，并且其中，根据方面86所述的装置中的一个或更多个装置被配置成在所述工作材料与根据方面110所述的装置的所述第一膨胀机的相互作用之后且在所述工作材料与根据方面110所述的装置的所述压缩机的相互作用之前与所述工作材料相互作用。

方面128.一种系统，其包括根据方面87所述的装置中的一个或更多个装置和一个根据方面116所述的装置，其中，根据方面87所述的装置中的一个或更多个装置被配置成在时间上顺序地与所述工作材料相互作用，并且其中，根据方面87所述的装置中的一个或更多个装置被配置成在所述工作材料与根据方面116所述的装置的所述第一压缩机的相互作用之后且在所述工作材料与根据方面116所述的装置的所述膨胀机的相互作用之前与所述工作材料相互作用。

方面129.根据方面1所述的装置，其中，所述装置还包括至少一个热交换器，所述至少一个热交换器被配置成在所述工作材料与另一热储之间交换热量。

方面130.根据方面1所述的装置，其中，热量能够在所述工作材料与另一热储之间交换。

方面131.根据方面130所述的装置，其中，所述另一热储还包括与所述工作材料相同类型的材料。

方面132.根据方面86所述的装置，其中，热量能够从所述工作材料中移除并且被传递至另一热储，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之后且在所述工作材料的膨胀之前被移除。

方面133.根据方面86所述的装置，其中，热量能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之后且在所述工作材料的膨胀之前被递送。

方面134.根据方面87所述的装置，其中，热量能够从所述工作材料中移除并且被传递至另一热储，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之后且在所述工作材料的压缩之前被移除。

方面135.根据方面87所述的装置，其中，热量能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之后且在所述工作材料的压缩之前被递送。

方面136.根据方面132所述的装置，其中，热量还能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之后被递送。

方面137.根据方面132所述的装置，其中，热量还能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之前被递送。

方面138.根据方面133所述的装置，其中，热量还能够从所述工作材料中移除并且被传递至另一热储，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之后被移除。

方面139.根据方面133所述的装置，其中，热量能够从另一热储被移除至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之前被移除。

方面140.根据方面134所述的装置，其中，热量还能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之后被递送。

方面141.根据方面134所述的装置，其中，热量还能够从另一热储被递送至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之前被递送。

方面142.根据方面135所述的装置，其中，热量还能够从所述工作材料中移除并且被传递至另一热储，其中，所述热量能够在所述工作材料的压缩之后被移除。

方面143.根据方面135所述的装置，其中，热量能够从另一热储被移除至所述工作材料，其中，所述热量能够在所述工作材料的膨胀之前被移除。

方面144.根据方面130所述的装置，其中，热量能够经由热传导来交换。

方面145.根据方面130所述的装置，其中，热量能够经由自然对流或强制对流来交换。

方面146.根据方面130所述的装置，其中，热量能够经由热辐射来交换。

方面147.根据方面130所述的装置，其中，热量能够经由热传递装置来交换。

方面148.根据方面130所述的装置，其中，热量能够经由温度放大装置来交换。

方面149.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置被配置成绝热地压缩所述工作材料或使所述工作材料膨胀。

方面150.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置被配置成等温地压缩所述工作材料或使所述工作材料膨胀。

方面151.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置被配置成多变地压缩所述工作材料或使所述工作材料膨胀。

方面152.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置被配置成等压地压缩所述工作材料或使所述工作材料膨胀。

方面153.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置被配置成等容地压缩所述工作材料或使所述工作材料膨胀。

方面154.根据方面85所述的装置，其中，对于所述工作材料的比容的给定的增量变化，在所述工作材料的膨胀的至少一部分期间的比热容小于在所述工作材料的压缩的至少一部分期间的比热容。

方面155.根据方面85所述的装置，其中，对于所述工作材料的比容的给定的增量变化，在所述工作材料的膨胀的至少一部分期间的比热容大于在所述工作材料的压缩的至少一部分期间的比热容。

方面156.根据方面154所述的装置，其中，所述装置包括至少一个热交换装置。

方面157.根据方面156所述的装置，其中，所述热交换装置被配置成在所述工作材料的压缩之后或期间从所述工作材料移除热量。

方面158.根据方面157所述的装置，其中，所述热交换装置被配置成在所述工作材料的膨胀之后或期间将热量递送至所述工作材料。

方面159.根据方面157所述的装置，其中，从所述工作材料移除的热量的大小能够基本上等于在所述工作材料的膨胀之后或期间通过所述热交换装置递送至所述工作材料的热量的大小。

方面160.根据方面1所述的装置，其中，比热容是恒定压力下的比热容。

方面161.根据方面1所述的装置，其中，比热容是恒定体积下的比热容。

方面162.根据方面1所述的装置，其中，所述工作材料的热能经由功交换装置被转换成功。

方面163.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置的功被转换成所述工作材料的热能。

方面164.根据方面1所述的装置，其中，所述装置包括至少一个热交换装置，所述至少一个热交换装置被配置成允许热能经由所述工作材料从第一热储被传递至第二热储。

方面165.根据方面164所述的装置，其中，所述第一热储处于比所述第二热储更低的温度。

方面166.根据方面164所述的装置，其中，所述第一热储处于比所述第二热储更高的温度。

方面167.根据方面164所述的装置，其中，所述热交换装置能够包括所述第一热储或所述第二热储与所述工作材料之间的热接触。

方面168.根据方面167所述的装置，其中，能够经由热传导通过所述热接触来传递所述热量。

方面169.根据方面167所述的装置，其中，能够经由自然对流或强制对流通过所述热接触来传递所述热量。

方面170.根据方面167所述的装置，其中，能够经由热辐射通过所述热接触来传递所述热量。

方面171.根据方面167所述的装置，其中，能够经由热传递装置通过所述热接触来传递所述热量。

方面172.根据方面162所述的装置，其中，所述功交换装置能够生成推力。

方面173.根据方面162所述的装置，其中，所述功交换装置能够生成电力。

方面174.根据方面162所述的装置，其中，所述功交换装置能够生成扭矩。

方面175.根据方面162所述的装置，其中，所述功交换装置能够推进飞行器或航天器。

方面176.根据方面1所述的装置，其中，所述功交换装置能够推进陆地车辆或船舶。

方面177.一种操纵工作材料的方法，所述方法包括：修改工作材料的比热容；以及与所述工作材料相互作用，其中，所述相互作用能够包括对所述工作材料做功或允许所述工作材料做功。

方面178.一种操纵工作材料的方法，所述方法包括：提供根据方面1至176中任一项所述的装置中的一个或更多个，操作根据方面1至176中任一项所述的装置中的一个或更多个。

方面179.一种操纵工作材料的方法，所述方法包括：提供根据方面1至176中任一项所述的装置中的一个或更多个；修改工作材料的比热容；以及使用所述功交换装置与所述工作材料相互作用，其中，所述相互作用能够包括使用所述功交换装置对所述工作材料做功，或者允许所述工作材料对所述功交换装置做功。

方面180.一种与工作材料相互作用的方法，所述方法包括：相对于自然值人为地修改工作材料的比热容的值；以及采用功交换装置对所述工作材料做功，或者采用功交换装置以允许所述工作材料对所述功交换装置做功。

方面181.根据方面180所述的方法，其中，所述方法还包括提供体积力生成装置，其中，所述体积力生成装置被配置成人为地修改工作材料的比热容。

方面182.根据方面181所述的方法，其中，所述方法还包括采用所述体积力生成装置来人为地修改工作材料的比热容。

方面183.根据方面180所述的方法，其中，所述方法还包括提供所述功交换装置。

方面184.根据方面183所述的方法，其中，所述方法还包括采用所述功交换装置对所述工作材料做功。

方面185.根据方面183所述的方法，其中，所述方法还包括采用所述功交换装置以允许所述工作材料对所述功交换装置做功。

方面186.根据方面180所述的方法，其中，比热容是恒定压力下的比热容。

方面187.根据方面180所述的方法，其中，比热容是恒定体积下的比热容。

方面188.根据方面180所述的方法，其中，所述方法包括经由所述功交换装置将所述工作材料的热能转换成功。

方面189.根据方面180所述的方法，其中，所述方法包括将所述功交换装置的功转换成所述工作材料的热能。

方面190.根据方面180所述的方法，其中，所述方法包括提供至少一个热交换装置，所述至少一个热交换装置被配置成允许热能经由所述工作材料从第一热储被传递至第二热储。

方面191.根据方面190所述的方法，其中，所述第一热储处于比所述第二热储更低的温度。

方面192.根据方面190所述的方法，其中，所述第一热储处于比所述第二热储更高的温度。

方面193.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括增加工作材料的比热容。

方面194.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括降低工作材料的比热容。

方面195.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括增加工作材料的比热容和降低工作材料的比热容二者。

方面196.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使工作材料的至少一部分电离。

方面197.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使所述工作材料经受电场。

方面198.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使所述工作材料经受空间或时间电场梯度。

方面199.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使所述工作材料经受磁场。

方面200.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使工作材料经受空间或时间上不均匀的磁场。

方面201.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使所述工作材料经受引力场。

方面202.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括使所述工作材料在惯性系中经受加速。

方面203.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括采用正磁热效应或负磁热效应。

方面204.根据方面180所述的方法，其中，所述修改工作材料的比热容包括采用正电热效应或负电热效应。

方面205.根据方面180所述的方法，其中，采用功交换装置对工作材料做功包括压缩所述工作材料。

方面206.根据方面180所述的方法，其中，采用功交换装置以允许所述工作材料对所述功交换装置做功包括使所述工作材料膨胀。

方面207.根据方面180所述的方法，其中，修改所述工作材料的比热容包括相对于自然场景中的比热容的值来改变或更改所述工作材料的比热容。

方面208.根据方面180所述的方法，其中，所述方法还包括在采用功交换装置对所述工作材料做功期间，或者在采用功交换装置以允许所述工作材料对所述功交换装置做功期间，将比热容的值保持在与所述比热容的自然值不同的任何值。

方面209.根据方面208所述的方法，其中，所述方法还包括在采用功交换装置对所述工作材料做功期间，或者在采用功交换装置以允许所述工作材料对所述功交换装置做功期间，将比热容的值保持在所述比热容的自然值。

除非特别说明或根据上下文中是清楚的，否则术语“或”在本文中等同于“和/或”。

本文中描述的实施方式和方法仅旨在例示和说明本发明的原理。本发明可以以几种不同的方式来执行，并且不限于在本文中描述或在附图中描绘的示例、实施方式、布置、配置或操作方法。这也适用于仅描述或描绘一个实施方式的情况。本领域技术人员将能够设计出许多替选示例、实施方式、布置、配置或操作方法，也就是说，尽管本文未示出或未描述，但它们实现了本发明的原理，因此在其精神和范围内。