Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » العلاقات المتبادلة بين أونساجر

العلاقات المتبادلة بين أونساجر

1930
  • Lars Onsager
Laboratory scene demonstrating thermoelectricity applications with Peltier cooler and generator.

(صورة توضيحية فقط)

تُعدّ هذه العلاقات نظريةً أساسيةً في الديناميكا الحرارية غير المتوازنة، إذ تُعبّر عن تساوي معاملات تبادلية مُحدّدة بين تدفقات الطاقة والمادة المُقترنة. وتنصّ على أنه في غياب المجال المغناطيسي، تكون مصفوفة معاملات النقل متناظرة: [latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]. وهذا يربط بين ظواهر نقل تبدو غير مترابطة، مثل Seebeck و Peltier التأثيرات في مجال توليد الطاقة الكهروحرارية.

تُوسّع علاقات أونساغر التبادلية الديناميكا الحرارية الكلاسيكية، التي تتعامل في المقام الأول مع الأنظمة المتوازنة، لتشمل الأنظمة القريبة من التوازن ولكنها تخضع لعمليات لا رجعة فيها. وتُوصَف هذه العمليات بمجموعة من المعادلات الخطية التي تربط الديناميكية الحرارية تُحوّل "التدفقات" (مثل تدفق الحرارة، والتيار الكهربائي، وانتشار الكتلة) إلى "قوى" ديناميكية حرارية (مثل تدرج درجة الحرارة، وتدرج الجهد الكهربائي، وتدرج الجهد الكيميائي). على سبيل المثال، يمكن أن ينتج تدفق حراري (J_q) عن تدرج في درجة الحرارة (X_q) وتدرج في الجهد الكهربائي (X_e)، لذا فإن J_q = L_qqX_q + L_qeX_e.

The novelty of Onsager’s work, for which he won the 1968 Nobel Prize in Chemistry, was to prove that the cross-coefficient linking the electrical force to heat flow ([latex]L_{qe}[/latex]) is equal to the coefficient linking the thermal force to electric current ([latex]L_{eq}[/latex]). This symmetry is not obvious from macroscopic observation but arises from the principle of microscopic reversibility—the idea that the equations of motion for individual particles are symmetric with respect to time reversal. These relations dramatically simplified the study of complex transport phenomena by reducing the number of independent coefficients that need to be measured experimentally.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamics, statistical physics, and condensed matter

يكتب

نظام مجرد

خلل

Incremental

الاستخدام

Niche/Specialized

مقدمات

  • الديناميكا الحرارية الكلاسيكية (القانون الأول والقانون الثاني)
  • القوانين التجريبية مثل قانون فورييه لتوصيل الحرارة وقانون فيك للانتشار
  • discovery of various cross-phenomena like the Seebeck, Peltier, and Thomson effects
  • الميكانيكا الإحصائية لودفيج بولتزمان وجيه ويلارد جيبس
  • عمل أينشتاين على الحركة البراونية ونظريات التذبذب والتبدد

التطبيقات

  • الكهرباء الحرارية (مبردات بيلتييه، مولدات كهربائية حرارية تعمل بالنظائر المشعة)
  • الحركية الكهربائية (التناضح الكهربائي للميكروفلويديك، إمكانية التدفق)
  • analysis of transport phenomena across biological membranes
  • علم المواد لتصميم مواد متعددة الوظائف
  • الجيوفيزياء لنمذجة تدفق الحرارة والسوائل المترابط في قشرة الأرض

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • مبردات ومولدات حرارية كهربائية عالية الكفاءة تعمل بالحالة الصلبة لاستعادة الحرارة المهدرة
  • أغشية ذكية لتنقية المياه تستخدم ظواهر النقل المقترنة لتقليل استهلاك الطاقة
  • أجهزة مختبرية على شريحة تستخدم تأثيرات حركية كهربائية يتم التحكم فيها بدقة للتشخيص الطبي
  • أجهزة استشعار متعددة الوظائف تقيس درجة الحرارة والضغط في وقت واحد من خلال التأثيرات الحرارية الكهربائية المقترنة
  • نماذج استخراج الطاقة الحرارية الأرضية التي تتنبأ بدقة بنقل السوائل والحرارة والمواد الكيميائية المقترنة
  • أنظمة إدارة البطاريات المتقدمة التي تحاكي التدفقات الأيونية والحرارية المقترنة لمنع التدهور
  • أنظمة توصيل الأدوية ذاتية التنظيم القائمة على الجهد الكيميائي المقترن وتدرجات الضغط عبر الغشاء
  • predictive models for alloy corrosion that consider coupled electrochemical reactions and thermal gradients
  • الدوائر البيولوجية الاصطناعية التي تستخدم النقل المقترن عبر الأغشية الخلوية المصممة هندسيًا للحوسبة
  • metamaterials with engineered cross-phenomena for advanced energy harvesting from multiple sources
ذات صلة بـ: علاقات أونساغر التبادلية، الديناميكا الحرارية غير المتوازنة، ظواهر النقل، التدفقات، القوى، الكهروحرارية، تأثير سيبك, تأثير بلتييه، قابلية الانعكاس المجهرية، الميكانيكا الإحصائية.

السياق التاريخي

العلاقات المتبادلة بين أونساجر

1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1933

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.