热电学的可逆互易关系
统计力学
2021-01-20 v2 应用物理
摘要
第一个Kelvin关系指出Peltier系数应等于温度与Seebeck系数的乘积，是热电学中的基本原理。它被视为不可逆热力学基石Onsager互易关系(ORR)的重要应用与直接实验验证。然而，一些关键问题仍然存在：为何Kelvin在证明中忽略热电输运过程中的所有不可逆性却能得到正确结果，如何从ORR推导第一Kelvin关系时恰当选取广义力-流对，以及第一Kelvin关系是否受线性输运 regime 要求的限制。本工作基于基本热力学原理回答这些问题。由于热电效应是可逆的，我们可以用不涉及时间导数的可逆过程中的量重新定义Seebeck与Peltier系数，并将其重命名为“可逆Seebeck与Peltier系数”。它们之间的关系（称为“热电学的可逆互易关系”）由Maxwell关系导出，在采用局部平衡假设(LEA)时可化简为常规Kelvin关系。在此意义上，第一Kelvin关系的有效性由可逆热力学原理与LEA保证，无需线性输运过程的要求。此外，从ORR得到第一Kelvin关系的广义力-流对只有在对应于其Maxwell关系能产生可逆互易关系的共轭变量对时，才可能在数学与热力学上均恰当。该理论框架可进一步推广到其他耦合现象。
引用
@article{arxiv.2009.05906,
title = {Reversible Reciprocal Relation of Thermoelectricity},
author = {Yu-Chao Hua and Ti-Wei Xue and Zeng-Yuan Guo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.05906},
year = {2021}
}
备注
23 pages and 2 figures, Kelvin relations, Maxwell relation, Reciprocal relation, Thermoelectricity