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केल्विन (थॉमसन) संबंध

1854
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Thermodynamic laboratory with Peltier and Seebeck apparatus illustrating Kelvin relations.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

The Kelvin relations are two equations that thermodynamically link the three thermoelectric coefficients: the first relation connects the Peltier coefficient ([latex]Pi[/latex]) to the सीबेक coefficient ([latex]S[/latex]) via absolute temperature ([latex]T[/latex]): [latex]Pi = S cdot T[/latex]. The second relates the Thomson coefficient ([latex]mathcal{K}[/latex]) to the temperature derivative of the Seebeck coefficient: [latex]mathcal{K} = T frac{dS}{dT}[/latex].

The Kelvin relations are a cornerstone of thermoelectric theory, demonstrating that the Seebeck, Peltier, and Thomson effects are not independent phenomena but are deeply interconnected aspects of the same underlying transport process. Lord Kelvin derived these relationships by applying the laws of thermodynamics to a thermoelectric circuit, treating it as a reversible heat engine. His derivation, while insightful, predated the more rigorous framework of irreversible thermodynamics.

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
ऊष्मागतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • Sadi Carnot’s theory of heat engines
  • Rudolf Clausius’s formulation of the second law of thermodynamics
  • the individual discoveries of the सीबेक and Peltier effects
  • भौतिक प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए अवकलन कैलकुलस का विकास

आवेदन

  • यह ऊष्मविद्युतता के लिए एक सुसंगत सैद्धांतिक ढांचा प्रदान करता है।
  • यह एक गुणांक को दूसरे गुणांक को मापकर प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित करने की अनुमति देता है।
  • ऊष्माविद्युत उपकरणों के सटीक मॉडलिंग और सिमुलेशन के लिए आवश्यक
  • यह प्रतिवर्ती ऊष्मागतिकी के अनुप्रयोग को ऊष्माविद्युत प्रक्रियाओं के लिए मान्य करता है।

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • उन्नत कम्प्यूटेशनल पदार्थ विज्ञान सॉफ़्टवेयर का विकास जो मूलभूत सिद्धांतों से सभी ऊष्मविद्युत गुणों की सटीक भविष्यवाणी करता है
  • असंतुलित ऊष्मागतिकी में नए सिद्धांतों का सत्यापन
  • संयुक्त ऊष्मीय, विद्युतीय और चुंबकीय गुणों वाले बहु-कार्यात्मक पदार्थों का डिज़ाइन
  • ऊष्माविद्युत सामग्री के लक्षण वर्णन के लिए मानकीकृत विधियों का निर्माण
  • यह जटिल, बहु-चरणीय थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों के डिजाइन को सक्षम बनाता है, जो व्यापक तापमान श्रेणियों में अनुकूलित प्रदर्शन प्रदान करते हैं।
  • सरल ऊष्मविद्युतता से परे नवीन परिवहन घटनाओं को प्रदर्शित करने वाली सामग्रियों की खोज में सहायता करना
  • टोपोलॉजिकल इंसुलेटर जैसे विशिष्ट पदार्थों में थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभावों के विश्लेषण के लिए एक सैद्धांतिक आधार प्रदान करना।
  • जटिल इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के लिए थर्मल प्रबंधन मॉडल की सटीकता में सुधार करना
  • स्पिन कैलोरीट्रॉनिक्स के क्षेत्र के लिए आधारभूत
  • थर्मोइलेक्ट्रिक मेटासामग्रियों के विकास को सूचित करना
Related to: Kelvin relations, Thomson relations, Onsager reciprocal relations, thermodynamics, Seebeck coefficient, Peltier coefficient, Thomson coefficient, irreversible thermodynamics, transport phenomena, solid-state physics.

ऐतिहासिक संदर्भ

केल्विन (थॉमसन) संबंध

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

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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