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Onsager 互惠关系

1930
  • Lars Onsager
利用珀尔帖冷却器和发生器演示热电应用的实验室场景。.

(图片仅供参考)

这些关系是非平衡热力学中的一个关键定理,它们表达了能量和物质耦合流之间某些交叉系数的相等性。它们指出,在没有磁场的情况下,输运系数矩阵是对称的:[latex]L_{alphabeta} = L_{betaalpha}[/latex]。这使得看似无关的输运现象联系起来,例如: 塞贝克 和 佩尔蒂埃 热电效应。

昂萨格互易关系将主要研究平衡系统的经典热力学扩展到接近平衡但经历不可逆过程的系统。这些过程可以用一组线性方程来描述。 热力学 “通量”(如热流、电流或质量扩散)与热力学“力”(如温度梯度、电势梯度或化学势梯度)相关联。例如,热通量 (J_q) 可由温度梯度 (X_q) 和电势梯度 (X_e) 引起,因此 J_q = L_{qq}X_q + L_{qe}X_e。

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
热力学、统计物理学和凝聚态物质

类型

抽象系统

中断

递增

用法

小众/专业

前体

  • 经典热力学(第一和第二定律)
  • 诸如傅里叶热传导定律和菲克扩散定律之类的经验定律
  • discovery of various cross-phenomena like the Seebeck, 佩尔蒂埃, and Thomson effects
  • 路德维希·玻尔兹曼和 J. 威拉德·吉布斯的统计力学
  • 爱因斯坦关于布朗运动和涨落耗散定理的工作

应用程序

  • 热电(珀尔帖冷却器、放射性同位素热电发电机)
  • 电动力学(微流体电渗透、流动电位)
  • analysis of transport phenomena across biological membranes
  • 设计多功能材料的材料科学
  • 地球物理学在模拟地壳中耦合热流体流动方面的应用

专利:

NA

潜在创新理念

  • 用于废热回收的高效固态热电冷却器和发电机
  • 利用耦合传输现象降低能耗的水净化智能膜
  • 利用精确控制的电动效应进行医学诊断的芯片实验室设备
  • 通过耦合热电效应同时测量温度和压力的多功能传感器
  • 地热能提取模型可准确预测耦合流体、热量和化学传输
  • 先进的电池管理系统,模拟耦合离子和热通量以防止电池性能下降
  • 基于跨膜耦合化学势和压力梯度的自调节药物输送系统
  • predictive models for 合金 corrosion that consider coupled electrochemical reactions and thermal gradients
  • 利用跨工程细胞膜的耦合传输进行计算的合成生物电路
  • metamaterials with engineered cross-phenomena for advanced energy harvesting from multiple sources
相关内容:昂萨格互易关系、非平衡热力学、输运现象、通量、力、热电效应 塞贝克效应, 珀尔帖效应微观可逆性,统计力学。

历史背景

Onsager 互惠关系

1927
1927
1930
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1931
1932
1927
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1930
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1932
1933

(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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