Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Casa » Relazioni Kelvin (Thomson)

Relazioni Kelvin (Thomson)

1854
  • William Thomson (Lord Kelvin)
Laboratorio di termodinamica con apparecchi Peltier e Seebeck che illustrano le relazioni Kelvin.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

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 Seebeck 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
- Termodinamica

Tipo

Sistema astratto

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Sadi Carnot’s theory of heat engines
  • La formulazione di Rudolf Clausius della seconda legge della termodinamica
  • the individual discoveries of the Seebeck and Peltier effects
  • lo sviluppo del calcolo differenziale per descrivere i processi fisici

Applicazioni

  • fornisce un quadro teorico autoconsistente per la termoelettricità
  • consente la determinazione sperimentale di un coefficiente misurandone un altro
  • essenziale per la modellazione e la simulazione accurate dei dispositivi termoelettrici
  • convalida l'applicazione della termodinamica reversibile ai processi termoelettrici

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • sviluppo di un software avanzato di scienza computazionale dei materiali che prevede accuratamente tutte le proprietà termoelettriche a partire dai primi principi
  • verifica di nuove teorie nella termodinamica di non equilibrio
  • progettazione di materiali multifunzionali con proprietà termiche, elettriche e magnetiche accoppiate
  • creazione di metodi standardizzati per la caratterizzazione dei materiali termoelettrici
  • consentendo la progettazione di dispositivi termoelettrici complessi e multistadio con prestazioni ottimizzate in ampi intervalli di temperatura
  • aiutare la ricerca di materiali che presentano nuovi fenomeni di trasporto oltre alla semplice termoelettricità
  • fornire una base teorica per analizzare gli effetti termoelettrici in materiali esotici come gli isolanti topologici
  • migliorare l'accuratezza dei modelli di gestione termica per sistemi elettronici complessi
  • fondamentale per il campo della caloritronica di spin
  • informare lo sviluppo di metamateriali termoelettrici
Related to: Kelvin relations, Thomson relations, Onsager reciprocal relations, thermodynamics, Seebeck coefficient, Peltier coefficient, Thomson coefficient, irreversible thermodynamics, transport phenomena, solid-state physics.

Contesto storico

Relazioni Kelvin (Thomson)

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

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

decimo anno anniversario

Le immagini a grandezza naturale e i download sono disponibili, gratuitamente al 100%, solo per gli utenti registrati.

> Login <