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Relations de Kelvin (Thomson)

1854
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Laboratoire de thermodynamique avec appareils Peltier et Seebeck illustrant les relations de Kelvin.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Les relations de Kelvin sont deux équations qui relient thermodynamiquement les trois coefficients thermoélectriques : la première relation relie les Peltier coefficient ([latex]Pi[/latex]) au Seebeck Le coefficient de Thomson (S) est lié à la température absolue (T) : Pi = S × T. La seconde relation relie le coefficient de Thomson (K) à la dérivée du coefficient de Seebeck par rapport à la température : K = T dS/dT.

Les relations de Kelvin sont une pierre angulaire de la théorie thermoélectrique, démontrant que les effets Seebeck, Peltier et Thomson ne sont pas des phénomènes indépendants, mais des aspects profondément interconnectés d'un même processus de transport sous-jacent. Lord Kelvin a établi ces relations en appliquant les lois de la thermodynamique à un circuit thermoélectrique, le considérant comme un moteur thermique réversible. Son approche, bien que perspicace, a précédé le cadre plus rigoureux de la thermodynamique irréversible.

Later, Lars Onsager’s work on reciprocal relations for irreversible processes provided a more general and solid foundation for the Kelvin relations. The Onsager reciprocal relations, based on the principle of microscopic reversibility, confirm Kelvin’s results. The relations are immensely practical. For instance, it is often easier to measure the Seebeck coefficient (S) and its temperature dependence than it is to directly measure the Peltier ([latex]Pi[/latex]) or Thomson ([latex]mathcal{K}[/latex]) coefficients. Using the Kelvin relations, one can calculate [latex]Pi[/latex] and [latex]mathcal{K}[/latex] from measurements of S, which is critical for characterizing new materials and designing efficient devices.

UNESCO Nomenclature: 2203
– Thermodynamique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La théorie des moteurs thermiques de Sadi Carnot
  • Rudolf Clausius’s formulation of the second law of thermodynamics
  • les découvertes individuelles des effets Seebeck et Peltier
  • le développement du calcul différentiel pour décrire les processus physiques

Applications

  • fournit un cadre théorique auto-cohérent pour la thermoélectricité
  • permet la détermination expérimentale d'un coefficient en mesurant un autre
  • essentiel pour la modélisation et la simulation précises des dispositifs thermoélectriques
  • valide l'application de la thermodynamique réversible aux processus thermoélectriques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : relations de Kelvin, relations de Thomson, relations réciproques d’Onsager, thermodynamique, coefficient Seebeck, coefficient Peltier, coefficient de Thomson, thermodynamique irréversible, phénomènes de transport, physique du solide.

Contexte historique

Relations de Kelvin (Thomson)

1850
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1851
1854
1859
1861
1865
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1851
1852
1859
1860
1861
1865

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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