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Relations réciproques d'Onsager

1930
  • Lars Onsager
Scène de laboratoire démontrant les applications de la thermoélectricité avec un refroidisseur et un générateur Peltier.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Théorème fondamental de la thermodynamique hors équilibre, ces relations expriment l'égalité de certains coefficients croisés entre les flux couplés d'énergie et de matière. Elles stipulent qu'en l'absence de champ magnétique, la matrice des coefficients de transport est symétrique : Lαβ = Lβα. Ceci relie des phénomènes de transport apparemment sans rapport, tels que… Seebeck et Peltier effets en thermoélectricité.

The Onsager reciprocal relations extend classical thermodynamics, which primarily deals with systems in equilibrium, to systems that are near equilibrium but experiencing irreversible processes. These processes are described by a set of linear equations relating thermodynamic ‘fluxes’ (like heat flow, electric current, or mass diffusion) to thermodynamic ‘forces’ (like temperature gradient, electric potential gradient, or chemical potential gradient). For example, a heat flux ([latex]J_q[/latex]) can be caused by a temperature gradient ([latex]X_q[/latex]) and an electric potential gradient ([latex]X_e[/latex]), so [latex]J_q = L_{qq}X_q + L_{qe}X_e[/latex].

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
Thermodynamique, physique statistique et matière condensée

Taper

Système abstrait

Perturbation

Incrémentale

Usage

Créneau/spécialité

Précurseurs

  • thermodynamique classique (première et deuxième lois)
  • des lois empiriques comme la loi de Fourier sur la conduction thermique et la loi de Fick sur la diffusion
  • découverte de divers phénomènes croisés comme les effets Seebeck, Peltier et Thomson
  • mécanique statistique de Ludwig Boltzmann et J. Willard Gibbs
  • Les travaux d'Einstein sur le mouvement brownien et les théorèmes de fluctuation-dissipation

Applications

  • thermoélectricité (refroidisseurs Peltier, générateurs thermoélectriques à radio-isotopes)
  • électrocinétique (électro-osmose pour la microfluidique, potentiel d'écoulement)
  • analyse des phénomènes de transport à travers les membranes biologiques
  • science des matériaux pour la conception de matériaux multifonctionnels
  • géophysique pour la modélisation des flux couplés de chaleur et de fluides dans la croûte terrestre

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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Related to: Onsager reciprocal relations, non-equilibrium thermodynamics, transport phenomena, fluxes, forces, thermoelectricity, seebeck effect, Peltier effect, microscopic reversibility, statistical mechanics.

Contexte historique

Relations réciproques d'Onsager

1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1926
1927
1930
1930
1930
1931
1932
1933

(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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