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开尔文(汤姆森)关系公司

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

(图片仅供参考)

开尔文关系式是两个从热力学角度联系三个热电系数的方程:第一个关系式联系了 佩尔蒂埃 系数([latex]Pi[/latex]) Seebeck 通过绝对温度 (T) 计算系数 (S):Pi = S cdot T。第二个公式将汤姆逊系数 (K) 与塞贝克系数的温度导数联系起来:K = T frac{dS}{dT}。

The Kelvin relations are a cornerstone of thermoelectric theory, demonstrating that the Seebeck, 佩尔蒂埃, 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.

后来,拉尔斯·昂萨格关于不可逆过程互易关系的研究为开尔文关系提供了更普遍、更坚实的基础。 昂萨格 基于微观可逆性原理的互易关系证实了开尔文的结果。这些关系具有极高的实用价值。例如,测量塞贝克系数 (S) 及其温度依赖性通常比直接测量珀尔帖系数 (Pi) 或汤姆逊系数 (K) 更容易。利用开尔文关系,可以根据 S 的测量值计算出 Pi 和 K,这对于表征新材料和设计高效器件至关重要。

UNESCO Nomenclature: 2203
– Thermodynamics

类型

抽象系统

中断

Foundational

用法

广泛使用

前体

  • Sadi Carnot’s theory of heat engines
  • 鲁道夫·克劳修斯的理论 second law of thermodynamics
  • the individual discoveries of the Seebeck and Peltier effects
  • 用于描述物理过程的微积分的发展

应用程序

  • 为热电提供了一个自洽的理论框架
  • 允许通过测量另一个系数来实验确定一个系数
  • 对于热电器件的精确建模和仿真至关重要
  • 验证了可逆热力学在热电过程中的应用

专利:

NA

潜在创新理念

  • 开发先进的计算材料科学软件,从第一原理准确预测所有热电特性
  • 非平衡热力学新理论的验证
  • 具有热、电、磁耦合特性的多功能材料的设计
  • 创建热电材料表征的标准化方法
  • 能够设计复杂的多级热电装置,并在宽温度范围内实现性能优化
  • 帮助寻找表现出超越简单热电的新型传输现象的材料
  • 为分析拓扑绝缘体等特殊材料的热电效应提供理论基础
  • 提高复杂电子系统热管理模型的准确性
  • 自旋量热学领域的基础
  • 为热电超材料的发展提供信息
Related to: Kelvin relations, Thomson relations, Onsager reciprocal relations, thermodynamics, Seebeck coefficient, Peltier coefficient, Thomson coefficient, irreversible thermodynamics, transport phenomena, solid-state physics.

历史背景

开尔文(汤姆森)关系公司

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1860
1861
1865

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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