开尔文（汤姆森）关系公司

1854

William Thomson (Lord Kelvin)

（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]）塞贝克通过绝对温度 (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}。

开尔文关系式是热电理论的基石，它表明塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应并非独立现象，而是同一潜在输运过程中紧密关联的多个方面。开尔文勋爵将热力学定律应用于热电电路，将其视为可逆热机，从而推导出这些关系式。他的推导虽然富有洞察力，但早于更为严谨的不可逆热力学框架。

后来，拉尔斯-昂萨格（Lars Onsager）关于不可逆过程互易关系的研究为开尔文互易关系提供了更广泛、更坚实的基础。基于微观可逆性原理的昂萨格互易关系证实了开尔文的结果。这些关系非常实用。例如，测量塞贝克系数 (S) 及其温度依赖性往往比直接测量珀尔帖系数 ([latex]Pi[/latex]) 或汤姆森系数 ([latex]mathcal{K}[/latex]) 更加容易。利用开尔文关系，我们可以通过测量 S 计算出 [latex]Pi[/latex] 和 [latex]mathcal{K}[/latex]，这对于鉴定新材料和设计高效器件至关重要。.

工程, 材料科学, 可再生能源, 热力学

UNESCO Nomenclature: 2203

- 热力学

类型

抽象系统

中断

基础

用法

广泛使用

前体

萨迪-卡诺的热机理论
鲁道夫-克劳修斯对热力学第二定律的表述
塞贝克效应和珀尔帖效应的个别发现
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：

潜在创新理念

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相关内容开尔文关系、汤姆逊关系、昂萨格互易关系、热力学、塞贝克系数、珀尔帖系数、汤姆逊系数、不可逆热力学、输运现象、固体物理。.

历史背景

理想气体定律（摩尔形式）

理想气体定律是假设理想气体的状态方程，近似于许多气体在各种条件下的行为。摩尔形式通过通用气体常数（[latex]R[/latex]）将压强（[latex]P[/latex]）、体积（[latex]V[/latex]）、以摩尔为单位的物质的量（[latex]n[/latex]）和绝对温度（[latex]T[/latex]）联系起来：[latex]PV = nRT[/latex]。.

克劳修斯-克拉珀龙关系

克劳修斯-克拉皮隆关系描述了处于相变阶段的物质（如液体和蒸汽）的压力和温度之间的关系。对于水蒸气，它表明饱和蒸汽压随温度呈指数增长。近似形式为 [latex]\frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}[/latex]，其中 L 为潜热。.

涡流（傅科叶的潮流）

涡流是根据法拉第定律，由变化的磁场在块体导体内感应出的电流环。它们在垂直于磁场的平面内以闭合环路流动。根据楞次定律，这些电流会产生自身的磁场，抵抗外部磁通量的变化，从而产生排斥力或阻力以及电阻加热。

开尔文（汤姆森）关系公司

铅酸电池

铅酸电池是第一种可充电电池，由加斯顿·普兰特于1859年发明。它使用浸入硫酸（H₂SO₄）电解液中的铅（Pb）阳极和二氧化铅（PbO₂）阴极来工作。放电时，两个电极都会转化为硫酸铅（PbSO₄），充电时则发生逆转，从而实现能量的储存和重复利用。

麦克斯韦-法拉第方程

这是麦克斯韦四方程之一法拉第感应定律的微分形式。它指出，时变磁场（[latex]\mathbf{B}[/latex]）总是伴随着空间变化的非守恒电场（[latex]\mathbf{E}[/latex]）。这种关系表示为 [latex]\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{partial \mathbf{B}}{partial t}[/latex]。这个等式说明了变化的磁场如何在空间的某个特定点产生电场。