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オンサーガーの相互関係

1930
  • Lars Onsager
ペルチェクーラーとジェネレーターを使った熱電応用の実験風景。.

(画像はイメージです)

非平衡熱力学の重要な定理であるこれらの関係式は、エネルギーと物質の結合した流れの間の特定の相互係数の等価性を表しています。磁場がない場合、輸送係数の行列は対称であることを示しています。[latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]。これは、一見無関係な輸送現象を結びつけます。 ゼーベック そして ペルティエ 熱電効果における影響。

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
熱力学、統計物理学、凝縮系物理学

タイプ

抽象システム

混乱

増分

使用法

ニッチ/専門分野

前駆物質

  • 古典熱力学(第一法則と第二法則)
  • フーリエの熱伝導法則やフィックの拡散法則のような経験法則
  • ゼーベック効果、ペルティエ効果、トムソン効果など、さまざまな交差現象の発見
  • ルートヴィヒ・ボルツマンとJ・ウィラード・ギブスの統計力学
  • アインシュタインのブラウン運動とゆらぎ散逸定理に関する研究

アプリケーション

  • 熱電効果(ペルチェ冷却器、放射性同位体熱電発電機)
  • 電気動学(マイクロ流体工学における電気浸透、流動電位)
  • 生体膜を介した輸送現象の解析
  • 多機能材料を設計するための材料科学
  • 地球の地殻における熱と流体の連成流をモデル化するための地球物理学

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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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.

歴史的背景

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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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