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Relazioni reciproche Onsager

1930
  • Lars Onsager
Scena di laboratorio che dimostra le applicazioni della termoelettricità con il raffreddatore e il generatore di Peltier.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Un teorema chiave nella termodinamica di non equilibrio, queste relazioni esprimono l'uguaglianza di certi coefficienti incrociati tra flussi accoppiati di energia e materia. Affermano che in assenza di un campo magnetico, la matrice dei coefficienti di trasporto è simmetrica: [latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]. Questo collega fenomeni di trasporto apparentemente non correlati, come il Seebeck E Peltier effetti nella termoelettricità.

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
- Termodinamica, fisica statistica e materia condensata

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Incrementale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • termodinamica classica (prima e seconda legge)
  • leggi empiriche come la legge di Fourier sulla conduzione del calore e la legge di Fick sulla diffusione
  • scoperta di vari fenomeni incrociati come gli effetti Seebeck, Peltier e Thomson
  • meccanica statistica di Ludwig Boltzmann e J. Willard Gibbs
  • Il lavoro di Einstein sul moto browniano e sui teoremi di fluttuazione-dissipazione

Applicazioni

  • termoelettricità (raffreddatori Peltier, generatori termoelettrici a radioisotopi)
  • elettrocinetica (elettrosmosi per microfluidica, potenziale di streaming)
  • analisi dei fenomeni di trasporto attraverso le membrane biologiche
  • scienza dei materiali per la progettazione di materiali multifunzionali
  • geofisica per la modellazione del flusso accoppiato di calore e fluidi nella crosta terrestre

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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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.

Contesto storico

Relazioni reciproche Onsager

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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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