4.2 Thomsonrelationen und Entropie



next up previous contents
Next: 4.3 Energiebilanz und Gibbs Up: 4 Hydrodynamik und Thermodynamik Previous: 4.1 Klassische Thermoelektrizität

4.2 Thomsonrelationen und Entropie

Die Thomsonrelationen (4.8), (4.11) bzw. (4.12) stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit dem ersten Teil des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, der Definition der Entropie (2.143). Im Rahmen der irreversiblen Thermodynamik ist die lokale Zunahme der Entropiestromdichte nach Gl. (2.179) - in Analogie zu Gl. (2.143) - gleich dem Anwachsen des Wärmestromes , dividiert durch die absolute Temperatur .

Umgekehrt kann der Wärmefluß als Produkt von Entropiefluß und absoluter Temperatur aufgefaßt werden:

 

Weil nach Gl. (3.61) jedes zum elektrischen Strom beitragende Elektron die Entropie trägt, stellt das zweite Thomsonsche Gesetz eine lokale Form von Gl. (2.143) dar. Der Peltierkoeffizient definiert die Wärme, die lokal zur Verfügung gestellt oder abgeführt wird, wenn sich der elektrische Strom und mit ihm der Entropiestrom bei konstanter Temperatur ändert. In einem inhomogen dotierten Halbleiter tritt der Peltiereffekt als Volumseffekt auf, weil die 'Transportentropie' (thermoelektrische Kraft ) vom Ort abhängt. Außerdem ist die elektrische Stromdichte ortsabhängig.

Nach dem ersten Thomsonschen Gesetz (4.10), (4.11) wird in einem stromdurchflossenen Gebiet, in dem ein Temperaturgradient herrscht, zusätzlich zur frei werdenden Joulewärme Thomsonwärme absorbiert oder produziert. Aus Gl. (4.10) folgt mit (4.12) und (3.61):

 

Der Thomsoneffekt kann als Änderung des Entropiestromes mit der Temperatur interpretiert werden. Wenn Ladungsträger ein Gebiet veränderlicher Temperatur durchfließen, ändert sich die transportierte Wärmemenge . Die Thomsonwärme gleicht diese Änderung aus, sodaß die Gesamtenergie erhalten bleibt.



Martin Stiftinger
Sat Jun 10 15:00:12 MET DST 1995