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.