热力学电路2：热电转换器的非平衡电导矩阵

在线性区，Onsager响应矩阵提供了穿过无限薄热电材料截面的热流和电流之间的耦合。将该响应沿一维热电转换器（TEC）的有限厚度积分，得到二次热-力特性（焦耳定律）和线性电流-电压特性（欧姆定律）。然而，这些非线性特性方程不再是矩阵关系。这阻止了确定电流的耦合度，尽管它对优化能量转换至关重要。基于电流守恒定律，即内部物理电流（穿过材料截面）或外部电流（与环境交换）之间的线性依赖关系，我们区分了两个相关的物理电流和基本电流基。对于这些基，我们定义了非平衡电导矩阵，提供了TEC在任何方便基下的电流-力关系。通过这样做，我们引入了热流和电流之间的耦合度，与Kedem和Caplan的工作一致，但超越了弱不可逆热力学。这通过实例证明，非平衡电导矩阵构成了驱动系统的有效模型，正如Onsager响应矩阵在线性区所做的那样。本系列的后续论文将重点研究以这种方式建模的系统关联。