Published October 1, 2016 | Version v1
Publication Open

Thermodynamic restrictions on linear reversible and irreversible thermo-electro-magneto-mechanical processes

  • 1. Polytechnic University of Puerto Rico
  • 2. Indian Institute of Technology Delhi

Description

A unified thermodynamic framework for the characterization of functional materials is developed. This framework encompasses linear reversible and irreversible processes with thermal, electrical, magnetic, and/or mechanical effects coupled. The comprehensive framework combines the principles of classical equilibrium and non-equilibrium thermodynamics with electrodynamics of continua in the infinitesimal strain regime.In the first part of this paper, linear Thermo-Electro-Magneto-Mechanical (TEMM) quasistatic processes are characterized. Thermodynamic stability conditions are further imposed on the linear constitutive model and restrictions on the corresponding material constants are derived. The framework is then extended to irreversible transport phenomena including thermoelectric, thermomagnetic and the state-of-the-art spintronic and spin caloritronic effects. Using Onsager's reciprocity relationships and the dissipation inequality, restrictions on the kinetic coefficients corresponding to charge, heat and spin transport processes are derived. All the constitutive models are accompanied by multiphysics interaction diagrams that highlight the various processes that can be characterized using this framework.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم تطوير إطار ديناميكي حراري موحد لتوصيف المواد الوظيفية. يشمل هذا الإطار عمليات خطية قابلة للعكس ولا رجعة فيها مع تأثيرات حرارية و/أو كهربائية و/أو مغناطيسية و/أو ميكانيكية مقترنة. يجمع الإطار الشامل بين مبادئ التوازن الكلاسيكي والديناميكا الحرارية غير المتوازنة مع الديناميكا الكهربائية للاستمرارية في نظام الإجهاد متناهي الصغر. في الجزء الأول من هذه الورقة، تتميز العمليات شبه الكهرومغناطيسية والميكانيكية الحرارية الخطية (TEMM). يتم فرض ظروف الاستقرار الديناميكي الحراري بشكل أكبر على النموذج التأسيسي الخطي ويتم اشتقاق القيود على ثوابت المواد المقابلة. ثم يتم توسيع الإطار ليشمل ظواهر النقل التي لا رجعة فيها بما في ذلك التأثيرات الكهروحرارية والمغناطيسية الحرارية والتأثيرات الحديثة للسعرات الحرارية. باستخدام علاقات Onsager التبادلية وعدم المساواة في التبديد، يتم اشتقاق القيود على المعاملات الحركية المقابلة لعمليات الشحن والحرارة ونقل الدوران. جميع النماذج التأسيسية مصحوبة بمخططات تفاعل متعددة الفيزياء تسلط الضوء على العمليات المختلفة التي يمكن وصفها باستخدام هذا الإطار.

Translated Description (French)

Un cadre thermodynamique unifié pour la caractérisation des matériaux fonctionnels est développé. Ce cadre englobe les processus linéaires réversibles et irréversibles avec des effets thermiques, électriques, magnétiques et/ou mécaniques couplés. Le cadre complet combine les principes de la thermodynamique classique d'équilibre et de non-équilibre avec l'électrodynamique des continuums dans le régime de déformation infinitésimale. Dans la première partie de cet article, des processus quasistatiques thermo-électro-magnéto-mécaniques linéaires (TEMM) sont caractérisés. Les conditions de stabilité thermodynamique sont en outre imposées au modèle constitutif linéaire et des restrictions sur les constantes matérielles correspondantes sont dérivées. Le cadre est ensuite étendu aux phénomènes de transport irréversibles, y compris les effets thermoélectriques, thermomagnétiques et les effets spintroniques et caloritroniques de spin à la pointe de la technologie. En utilisant les relations de réciprocité d'Onsager et l'inégalité de dissipation, des restrictions sur les coefficients cinétiques correspondant aux processus de transport de charge, de chaleur et de spin sont dérivées. Tous les modèles constitutifs sont accompagnés de diagrammes d'interaction multiphysiques qui mettent en évidence les différents processus qui peuvent être caractérisés à l'aide de ce cadre.

Translated Description (Spanish)

Se desarrolla un marco termodinámico unificado para la caracterización de materiales funcionales. Este marco abarca procesos lineales reversibles e irreversibles con efectos térmicos, eléctricos, magnéticos y/o mecánicos acoplados. El marco integral combina los principios de la termodinámica clásica de equilibrio y no equilibrio con la electrodinámica de los continuos en el régimen de deformación infinitesimal. En la primera parte de este artículo, se caracterizan los procesos cuasiestáticos lineales termoelectromagneto-mecánicos (TEMM). Las condiciones de estabilidad termodinámica se imponen además en el modelo constitutivo lineal y se derivan restricciones en las constantes de material correspondientes. El marco se extiende a los fenómenos de transporte irreversibles, incluidos los efectos termoeléctricos, termomagnéticos y los efectos espintrónicos y caloritrónicos de espín de última generación. Utilizando las relaciones de reciprocidad de Onsager y la desigualdad de disipación, se derivan restricciones en los coeficientes cinéticos correspondientes a los procesos de transporte de carga, calor y espín. Todos los modelos constitutivos van acompañados de diagramas de interacción multifísica que destacan los diversos procesos que se pueden caracterizar utilizando este marco.

Files

pdf.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:25f5f50bb9ad28f41dbbcd0769671b65
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
القيود الديناميكية الحرارية على العمليات الحرارية- الكهرومغناطيسية- الميكانيكية الخطية القابلة للعكس والتي لا رجعة فيها
Translated title (French)
Restrictions thermodynamiques sur les processus thermo-électro-magnéto-mécaniques linéaires réversibles et irréversibles
Translated title (Spanish)
Restricciones termodinámicas a procesos termoelectromagneto-mecánicos lineales reversibles e irreversibles

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3102137418
DOI
10.1016/j.heliyon.2016.e00164

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1489450136
  • https://openalex.org/W1556759739
  • https://openalex.org/W1575492558
  • https://openalex.org/W1671451072
  • https://openalex.org/W1950016381
  • https://openalex.org/W1975059425
  • https://openalex.org/W1976790752
  • https://openalex.org/W1989969223
  • https://openalex.org/W1990494439
  • https://openalex.org/W2001233342
  • https://openalex.org/W2003780616
  • https://openalex.org/W2006550961
  • https://openalex.org/W2009532223
  • https://openalex.org/W2016980067
  • https://openalex.org/W2018668760
  • https://openalex.org/W2024161135
  • https://openalex.org/W2029225810
  • https://openalex.org/W2031786870
  • https://openalex.org/W2040046427
  • https://openalex.org/W2050660677
  • https://openalex.org/W2078236179
  • https://openalex.org/W2087292325
  • https://openalex.org/W2124978985
  • https://openalex.org/W2126684186
  • https://openalex.org/W2128492026
  • https://openalex.org/W2138256018
  • https://openalex.org/W2144946541
  • https://openalex.org/W2147586086
  • https://openalex.org/W2147884959
  • https://openalex.org/W2484976220
  • https://openalex.org/W2503731103
  • https://openalex.org/W2598805812
  • https://openalex.org/W3023927769
  • https://openalex.org/W3037912681
  • https://openalex.org/W3105933590
  • https://openalex.org/W4237892024
  • https://openalex.org/W4249348469
  • https://openalex.org/W4252996448