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Relações Recíprocas de Onsager

1930
  • Lars Onsager
Cena de laboratório demonstrando aplicações de termoeletricidade com resfriador e gerador Peltier.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um teorema fundamental na termodinâmica de não equilíbrio, essas relações expressam a igualdade de certos coeficientes cruzados entre fluxos acoplados de energia e matéria. Elas afirmam que, na ausência de um campo magnético, a matriz de coeficientes de transporte é simétrica: [latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]. Isso conecta fenômenos de transporte aparentemente não relacionados, como o Seebeck e Peltier efeitos na termoeletricidade.

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
Termodinâmica, física estatística e matéria condensada

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Incremental

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • Termodinâmica clássica (Primeira e Segunda Leis)
  • leis empíricas como a lei de Fourier da condução de calor e a lei de Fick da difusão
  • descoberta de vários fenômenos cruzados, como os efeitos Seebeck, Peltier e Thomson.
  • Mecânica estatística de Ludwig Boltzmann e J. Willard Gibbs
  • O trabalho de Einstein sobre o movimento browniano e os teoremas de flutuação-dissipação.

Aplicações

  • termoeletricidade (refrigeradores Peltier, geradores termoelétricos de radioisótopos)
  • eletrocinética (eletro-osmose para microfluídica, potencial de fluxo)
  • Análise de fenômenos de transporte através de membranas biológicas
  • ciência dos materiais para o desenvolvimento de materiais multifuncionais
  • Geofísica para modelagem do fluxo acoplado de calor e fluidos na crosta terrestre

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

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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.

Contexto histórico

Relações Recíprocas de Onsager

1927
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1930
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1931
1932
1926
1927
1930
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1930
1931
1932
1933

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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