THERMODYNAMIQUE Processus irréversibles linéaires
Couplage dans les solides
Seebeck : effet
Encyclopædia Universalis France
L'effet thermoélectrique que présentent les chaînes de conducteurs métalliques, ou effet Seebeck, est un exemple anciennement connu de couplage entre des phénomènes thermiques et électriques. La théorie peut en être brièvement rappelée, en raisonnant sur un système où les jonctions des métaux A et B sont respectivement aux températures T et T + ΔT, et où l'on mesure en circuit ouvert une force électromotrice (f.é.m.) ΔΦ entre les armatures du condensateur C.
Un tel système est le siège de phénomènes de transport qui figurent dans l'expression suivante de la fonction dissipative locale Tσ :
Entre courants et forces, on dispose au voisinage de l'équilibre des relations linéaires :
Pour ce couplage la relation de Onsager L12 = L21 confirme la seconde relation de Thomson :
Or π = (Js/i)T, lorsque ∇T = 0, est le coefficient de Peltier, différence de potentiel (d.d.p.) de « soudure » entre les deux métaux A et B au niveau de leur jonction. Tandis que α =∇Φ/T = dΦ/dT (à i = 0, ∇μe = 0) est ce que l'on désigne habituellement sous le nom de pouvoir thermoélectrique du couple A, B.
À courant nul l'intégration sur la totalité du circuit qui sépare les armatures de C montre que :
Dès lors, si α est sensiblement indépendant de la température, on obtient l'égalité :
La première relation de Thomson, qui traduit la conservation de l'énergie, est la simple application du premier principe :
Il n'est pas sans intérêt de souligner que le formalisme thermodynamique permet de comprendre pourquoi le raisonnement de lord Kelvin – en dépit de ce qu'il partageait les phénomènes thermiques en irréversibles (effet Joule, conduction thermique), et en réversibles (effets Peltier et Thomson) – a conduit son auteur à des expressions formellement exactes. Si on écrit la dissipation Tσ en fonction de ∇T et de i, on obtient :
Les deux premiers termes regroupent la dissipation par effet Joule et conduction thermique. Le dernier, qui résulte des effets Peltier et Thomson, disparaît, suite à la relation de Onsager, ce qui répond à la question.
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Écrit par
- Jacques CHANU : professeur à l'université de Paris-VII, chaire de thermodynamique
Classification
Pour citer cet article
Jacques CHANU. THERMODYNAMIQUE - Processus irréversibles linéaires [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
Médias
Seebeck : effet
Encyclopædia Universalis France
Nernst, Ettingshausen et Hall : effets
Encyclopædia Universalis France
Thermodiffusion : effet Soret
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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THERMODYNAMIQUE (notions de base)
- Écrit par Bernard DIU
- 6 036 mots
De nos jours, on peut définir la thermodynamique comme la science des propriétés et des processus qui mettent en jeu la température et la chaleur.
Le nom de « thermodynamique » associe les deux mots grecs thermon (chaleur) et dynamis (puissance). Le but premier de la discipline, explicitement...
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BOLTZMANN LUDWIG (1844-1906)
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À partir de ce deuxième principe, Loschmidt a présenté à Boltzmann une objection redoutable, souvent reprise depuis lors, et qui consiste à affirmer l'impossibilité de faire sortir des équations réversibles de la mécanique une interprétation des processus irréversibles de la thermodynamique. Boltzmann... -
CARNOT SADI (1796-1832)
- Écrit par Robert FOX
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Fils aîné de Lazare Carnot, « l'Organisateur de la Victoire », Nicolas Léonard Sadi Carnot est un des pionniers de la thermodynamique. Son unique publication, les Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, ignorée de son temps...
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La première tentative d'interprétation physique assimilait la chaleur à un fluide dit subtil et indestructible dénommé le calorique, répandu partout au sein de la matière. Son passage d'un corps à un autre était notamment responsable du refroidissement du premier et de l'échauffement du second....
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