فن آوریالکترونیک

کار مفید توسط حرارت از محیط زیست

قسمت 1. برخی از اصطلاحات و تعاریف.

نیروی الکتریکی (EMF) جدایی ناپذیر خارجی بخش میدان نیروی متشکل از یک منبع جریان ... نیروی خارجی اقدام در آبکاری سلول در مرزهای بین الکترولیت و الکترودها است. آنها همچنین در مرز میان دو فلز غیر مشابه کار می کند و تعیین اختلاف پتانسیل تماس therebetween 5، ص. 193، 191]. مقدار جهش پتانسیل در تمام سطوح از بخش مدار با اختلاف پتانسیل بین هادی، واقع در انتهای زنجیره ای برابر است، و به نام EMF نیروی الکتریکی مدار هادی ... زنجیره ای فقط متشکل از هادی از نوع اول به پرش پتانسیل بین اولین و آخرین هادی در مستقیم آنها (قانون ولتا) تماس ... اگر مدار به درستی باز است، EMF برابر است این مدار صفر است. برای درست هادی مدار باز، که شامل حداقل یک الکترولیت، ولت قانون قابل اجرا ... بدیهی است، تنها مدار هادی متشکل از حداقل یک هادی از نوع دوم سلول های الکتروشیمیایی (یا زنجیره عناصر الکتروشیمیایی) است [1، ص 490-491].

پلی الکترولیت پلیمر قادر به جدا کردن به یون در محلول، در نتیجه در ابر مولکول همان، تعداد زیادی از تکرار اتهامات ... پلی الکترولیت شبکه ای (مبدل یون، رزین تبادل یونی) کند حل نیست، تنها متورم، در حالی که حفظ توانایی جدا [6، ص. 320-321]. پلی الکترولیت به macroion بار منفی جدا و یونهای H + می polyacids نامیده می شود و جدا به یون های مثبت و macroion OH- به نام poliosnovaniyami.

پتانسیل تعادلی Donnan اختلاف پتانسیل است که در مرز فاز بین دو الکترولیت رخ می دهد اگر از این حد است نفوذپذیر به همه یون ها نمی باشد. محدودیت نفوذ ناپذیری برای برخی از یونهای ممکن است ایجاد می شود، به عنوان مثال، حضور غشاء با روزنه های بسیار باریک که صعب العبور برای ذرات بالا اندازه خاص هستند. تراوایی انتخابی از رابط رخ می دهد و اگر هر یون به شدت به یکی از مراحل که آن را ترک طور کلی می تواند مرتبط است. دقیقا رفتار رزین های تبادل یون یونی، و یا گروه های تبادل یونی ثابت اوراق قرضه homopolar در شبکه مولکولی و یا ماتریس. راه حل، بودن در داخل ماتریس مانند اشکال همراه با آن یک تک فاز؛ راه حل، واقع در خارج، - دوم [7. 77].

دو لایه الکتریکی (EDL) است که در رابط از دو مرحله مجموعه ای از لایه های با بار مخالف در فاصله معینی از یکدیگر دور [7 اتفاق می افتد. 96].

پلتیر اثر این انزوا و یا جذب حرارت در محل تماس دو هادی مختلف بسته به جهت جریان الکتریکی جریان از طریق تماس [2، ص 552].

قسمت 2: با استفاده از حرارت در حد متوسط در الکترولیز آب.

مکانیسم وقوع مدار از سلول الکتروشیمیایی (عنصر از این پس)، شماتیک در شکل نشان داده شده در نظر بگیرید. 1، EMF تر با توجه به تفاوت تماس داخلی بالقوه (پ ک ک) و اثر Donnan (شرح مختصری از ماهیت اثر Donnan، پ ک ک داخلی و گرما پلتیر مرتبط است که در بخش سوم از مقاله ارائه شده است).

شکل 1. نمایش شماتیک سلول الکتروشیمیایی: 1 - کاتد با محلول 3 تماس، واکنش احیاء الکتروشیمیایی کاتیون الکترولیت بر روی سطح آن، ساخته شده از نظر شیمیایی بی اثر شدت دوپ N-نیمه هادی رخ می دهد. بخشی از کاتد اتصال آن به منبع ولتاژ های خارجی، فلزی؛ 2 - آند با یک راه حل از 4 تماس، بر روی سطح آن رخ می دهد واکنش اکسیداسیون الکتروشیمیایی از آنیونهای الکترولیت، ساخته شده از نظر شیمیایی بی اثر شدت دوپ P-نیمه هادی است. بخشی از آند اتصال آن به منبع ولتاژ های خارجی، فلزی؛ 3 - فضای کاتد، راه حل پلی الکترولیت، جدا کردن در آب در macroion منفی R- شارژ و counterions بار مثبت K کوچک + (در مثال حاضر یون هیدروژن H + است)؛ 4 - آند راه حل محفظه پلی الکترولیت در جدا کردن آب به macroion R با بار مثبت + و counterions بار منفی A- کوچک (در این مثال هیدروکسید یون OH-)؛ 5 - غشاء (دیافراگم)، نفوذ ناپذیر به مولکولهای (macroion) پلی الکترولیت، اما به طور کامل به counterions کوچک K +، A و مولکولهای آب فضای مشترک 3 و 4 نفوذ پذیر است. Evnesh - منبع ولتاژ های خارجی.

EMF توسط اثر Donnan

poliosnovaniya آبی (R + OH-) - برای وضوح، الکترولیت فضای کاتد (3، شکل 1) محلول آبی پلی اسید (R-H +)، الکترولیت و محفظه آند (4، شکل 1.) انتخاب شده است. به عنوان یک نتیجه از polyacids تفکیک در محفظه کاتد، در نزدیکی سطح کاتد (1، شکل 1) است، به افزایش غلظت یون H + وجود دارد. بار مثبت ظاهر می شود در اطراف سطح کاتد است macroions بار منفی R- جبران نیست، از که نمی توانند بیایند نزدیک به سطح کاتد توجه به اندازه آن و حضور یک فضای یونی با بار مثبت (برای جزئیات بیشتر. باشرکت اثر Donnan در ضمیمه №1 از قسمت سوم این مقاله). بنابراین، لایه مرزی از یک راه حل به طور مستقیم در تماس با سطح کاتد دارای بار مثبت است. به عنوان یک نتیجه، یک القای الکتروستاتیک بر روی سطح کاتد، به هم پیوسته با راه حل است، یک بار منفی الکترونهای هادی وجود دارد. به عنوان مثال در رابط بین سطح کاتد و راه حل DES رخ می دهد. درست از DES هل الکترون از کاتد - به راه حل.

به طور مشابه، در آند (2، شکل 1)، لایه مرزی از راه حل در محفظه آند (4، شکل 1) به طور مستقیم در تماس با سطح آند دارای بار منفی و در سطح آند، به هم پیوسته با راه حل است، یک بار مثبت وجود دارد. به عنوان مثال در رابط بین سطح آند و راه حل نیز رخ می دهد DES. درست از DES هل الکترون ها را از راه حل - یک آند.

بنابراین، زمینه DES در فصل مشترک کاتد و آند با راه حل، حمایت حرارتی محلول یونی انتشار، دو منبع EMF داخلی، اقدام در کنسرت با یک منبع خارجی، به عنوان مثال، هل دادن بار منفی در حلقه پادساعتگرد است.

polyacids تفکیک poliosnovaniya و همچنین باعث انتشار گرمایی از طریق غشاء (5، شکل 1) یون H + از فضای کاتدیک - به آند، و یون OH- از محفظه آند - کاتد. Macroion R + و R- پلی الکترولیت می توانید از طریق غشاء حرکت، پس از آن از فضا کاتد است بار منفی اضافی وجود دارد، و از فضا آندی - یک بار مثبت اضافی، به عنوان مثال، است DPP دیگر با توجه به اثر Donnan وجود دارد. بنابراین، غشا نیز در داخل EMF رخ می دهد، اقدام در کنسرت با یک منبع خارجی از انتشار حرارت و نگهداری راه حل یون.

در مثال ما، ولتاژ در سراسر غشاء می تواند 0.83 ولت برسد، به عنوان این مربوط به تغییر پتانسیل الکترود هیدروژن استاندارد از - 0.83-0 ولت در گذار از محیط قلیایی در محفظه آند محفظه کاتد محیط اسیدی. برای جزئیات، در ضمیمه №1 از قسمت سوم از مقاله است.

EMF پ ک ک از داخل

از نیرو محرکه عنصر آن رخ می دهد، از جمله در آند نیمه هادی ارتباط و کاتد به قطعات فلزی خود خدمت برای اتصال منبع ولتاژ خارجی. این EMF با توجه به پ ک ک داخلی. اگر داخلی را ایجاد کنید، در مقابل به میدان خارجی در فضای اطراف هادی تماس، به عنوان مثال این کار حرکت ذرات باردار در خارج از هادی تاثیر نمی گذارد. ساخت و ساز N-نیمه هادی / فلز / P-نیمه هادی است کافی شناخته شده و استفاده می شود، برای مثال، یک حرارتی ماژول پلتیر. قدر از EMF 0.6 ولت 5، ص - چنین ساختار در دمای اتاق می تواند ارزش های از سفارش از 0.4 برسد. 459؛ 2، ص 552]. فیلدز در تماس هستند در چنین راهی که آنها فشار الکترون در خلاف جهت عقربه در حلقه، به عنوان مثال کارگردانی عمل در کنسرت با منبع خارجی است. الکترون بالا بردن سطح انرژی متوسط جذب گرما از پلتیر.

داخلی اگر ناشی به دلیل انتشار الکترون ها در مناطق تماس با الکترودها و راه حل، در مقابل، هل الکترون ها در جهت عقربه های ساعت در حلقه. به عنوان مثال حرکت الکترونها در عنصر در خلاف جهت عقربه در این تماس ها باید اختصاص داده شود حرارت پلتیر. اما از آنجا که انتقال الکترون از کاتد به راه حل و راه حل در آند لزوما با یک واکنش گرماگیر تولید هیدروژن و اکسیژن همراه است، گرما از پلتیر به محیط منتشر نشده است، و به منظور کاهش اثر گرماگیر، به عنوان مثال مانند "حفظ" در آنتالپی تشکیل هیدروژن و اکسیژن. برای جزئیات، در ضمیمه №2 قسمت سوم از این مقاله است.

حامل (الکترونها و یونها) در مدار عنصر حرکت نمی کند مسیرهای بسته، بدون پرداخت هزینه در عنصر در یک مدار بسته در حال حرکت است. هر آند الکترون به دست آمده از راه حل (در این دوره از اکسیداسیون یون OH- به مولکول های اکسیژن)، و سرانجام از طریق یک مدار خارجی به کاتد، به همراه مولکول های هیدروژن فرار (در روند بهبود یون H +). به طور مشابه یون OH- و H + در یک مدار بسته حرکت نمی کند، اما تنها به الکترود مربوطه، و پس از آن در قالب مولکول هیدروژن و اکسیژن تبخیر شود. به عنوان مثال و یون ها و الکترون هر حال حرکت در محیط زیست خود را در زمینه افزایش سرعت از DES، و پایان مسیر، زمانی که آنها رسیدن به سطح الکترود در مولکول ترکیب، تبدیل تمام انرژی ذخیره شده - انرژی یک پیوند شیمیایی و خارج از حلقه!

همه از منابع داخلی EMF عنصر، کاهش هزینه های منبع خارجی برای الکترولیز آب. بنابراین، گرما از محیط جذب در طول فعالیت خود عناصر برای حفظ نفوذ DES، این است که کاهش هزینه های منبع خارجی، به عنوان مثال، این افزایش بهره وری الکترولیز است.

الکترولیز آب بدون هیچ منبع خارجی است.

در بررسی فرایندهای رخ در عنصر نشان داده شده در شکل 1، پارامترهای منبع خارجی در نظر گرفته شده است. فرض کنید که مقاومت داخلی برابر با RD است و یک ولتاژ 0. Evnesh الکترود عنصر به یک بار منفعل کوتاه (شکل 5). در این مورد، جهت و بزرگی از زمینه های DES ناشی از وجه مشترک در عناصر باقی می مانند.

شکل 5. به جای Evnesh (شکل 1) از جمله بار RL منفعل.

تعیین شرایط جریان خود به خودی در این عنصر. تغییر پتانسیل گیبس، با توجه به فرمول (1) ضمیمه №1 از قسمت سوم از مقاله:

Δ G ورود = (Δ H ورود - N) + MOD Q

اگر P> Δ H + Q وزارت دفاع وزارت دفاع = 284.5-47.2 = 237.3 (کیلوژول / مول) = 1.23 (EV / مولکول)

از مقصد Δ G <0 و روند خود به خودی است.

ما بیشتر در نظر بگیرند که واکنش عناصر نسل هیدروژن در محیط اسیدی در (پتانسیل الکترود از 0.4 ولت) قلیایی رخ می دهد (پتانسیل الکترود 0 ولت)، و اکسیژن است. چنین پتانسیل الکترود غشاء (5، شکل 5)، ولتاژ که در آن این باید 0.83 ولت است فراهم می کند. به عنوان مثال انرژی مورد نیاز برای تشکیل هیدروژن و اکسیژن است .83 (EV / مولکول) کاهش می یابد. سپس شرط امکان از فرایند خود به خودی خواهد شد:

P> 1.23-0.83 = 0.4 (EV / مولکول) = 77.2 (کیلوژول / مول) (2)

ما که سد انرژی از هیدروژن و اکسیژن مولکولهای قابل اجتناب و بدون استفاده از منبع ولتاژ های خارجی. به عنوان مثال حتی در n = 0.4 (EV / مولکول)، به عنوان مثال زمانی که الکترود داخلی HPDC 0.4 ولت، عنصر را در یک حالت تعادل پویا، و هر (حتی کوچک) تغییر شرایط تعادل در مدار جریان باعث خواهد شد.

یکی دیگر از موانع به واکنش در الکترودها انرژی فعال سازی است، اما آن است که توسط حذف اثر تونل، ناشی به دلیل کوچکی از فاصله بین دو الکترود و راه حل [7، ص. 147-149].

بنابراین، بر اساس ملاحظات انرژی، نتیجه می گیریم که در حال حاضر خود به خود در عنصر نشان داده شده در شکل 5، ممکن است. اما آنچه به دلایل فیزیکی می تواند این جریان شود؟ به این دلایل به شرح زیر است:

1. احتمال انتقال الکترون از کاتد به راه حل بالاتر از احتمال انتقال از آند به راه حل، از N-نیمه هادی کاتد دارای بسیاری از الکترون های آزاد با سطح انرژی بالا، و آند P-نیمه هادی - تنها "سوراخ"، و این "سوراخ" در سطح انرژی کمتر از الکترون کاتد است.

2. غشاء در فضای کاتد یک محیط اسیدی پشتیبانی می شود، و در آند - قلیایی. در مورد الکترود بی اثر، این منجر به این واقعیت است که پتانسیل کاتد الکترود بزرگتر از آند می شود. در نتیجه، الکترونها باید با یک مدار خارجی از آند به کاتد حرکت می کند؛

3. بار سطحی از راه حل های پلی الکترولیت ناشی به دلیل اثر Donnan، ایجاد در الکترود / حوزه راه حل به طوری که زمینه در کاتد ترویج عملکرد الکترون از کاتد به راه حل، و حوزه در آند - ورود الکترون به آند از راه حل؛

4. تعادل به جلو و واکنش در الکترودها (جریان ارز) با گرایش به سمت یون H + واکنش کاهش مستقیم در کاتد و اکسیداسیون یون OH- در آند، از معکوس آنها توسط تشکیل گازی (H2 و O2) به آسانی قادر به خروج از منطقه واکنش (اصل لوشاتلیه) همراه است.

آزمایش.

در آزمایش کمی از ولتاژ در سراسر بار با اثر Donnan، یک آزمایش انجام شد که در آن عنصر کاتد شامل کربن فعال با الکترود گرافیت بیرونی و یک آند - مخلوطی از کربن فعال و رزین آنیون AB-17-8 با الکترود گرافیت بیرونی. الکترولیت - محلول NaOH آبی، آند و کاتد فضاهای توسط یک نمد مصنوعی جدا می شود. در الکترودهای خارجی باز این عنصر یک ولتاژ در حدود 50 میلی ولت بود. هنگامی که به یک عنصر از بار خارجی 10 متصل اهم ثابت فعلی حدود 500 میکروآمپر. وقتی که دمای محیط را افزایش می دهد از 20 تا 30 0C ولتاژ به الکترود خارجی به 54 افزایش یافته میلی ولت است. افزایش ولتاژ در دمای محیط تایید می کند که منبع تولید emf است انتشار، به عنوان مثال حرکت حرارتی از ذرات.

پودر کاربید بور (B4C، ص-نیمه هادی) با الکترود گرافیت بیرونی - برای ارزیابی کمی از ولتاژ در سراسر بار از این آزمایش فلز / نیمه هادی HPDC داخلی که در آن کاتد سلول متشکل از پودر گرافیت مصنوعی با الکترود گرافیت بیرونی و یک آند انجام شد. الکترولیت - محلول NaOH آبی، آند و کاتد فضاهای توسط یک نمد مصنوعی جدا می شود. در الکترودهای خارجی باز ولتاژ عنصر حدود 150 میلی ولت بود. هنگام اتصال بار خارجی به ولتاژ عنصر 50 kOhm کاهش یافته است به 35 میلی ولت است.، چنین افت ولتاژ قوی به دلیل کاربید بور کم ذاتی و، به عنوان یک نتیجه، یک عنصر مقاومت داخلی بالا. ولتاژ بررسی نسبت به دما برای یک عنصر از ساختار انجام نشده است. این به خاطر این واقعیت است که، برای یک نیمه هادی، بسته به ترکیب شیمیایی آن، درجه ای از دوپینگ و خواص دیگر، تغییر درجه حرارت در روش های مختلف می توانید سطح Fermi خود را تحت تاثیر قرار. به عنوان مثال اثر دما بر EMF عنصر (افزایش یا کاهش)، در این مورد بستگی به مواد استفاده می شود، بنابراین این آزمایش نشان دهنده است.

در این مرحله آزمایش دیگری که در آن کاتد سلول از مخلوطی از پودر کربن فعال و KU-2-8 ساخته شده با بیرونی الکترود فولاد ضد زنگ و آند از مخلوطی از پودر کربن فعال و رزین آنیون AB-17-8 به الکترود خارجی از ادامه فولاد ضد زنگ. الکترولیت - محلول آبی نمک طعام، آند و کاتد فضاهای توسط یک مصنوعی جدا احساس می شود. الکترود خارجی از این عنصر با اکتبر 2011 قادر به اتصال کوتاه آمپر سنج غیر فعال است. کنونی نشان می دهد که آمپرمتر، در مورد یک روز پس از به نوبه خود، کاهش 1 میلی آمپر - تا 100 MKA (که ظاهرا به دلیل قطبش از الکترود)، و از آن پس بیش از یک سال تغییر نمی کند.

در آزمایش های عملی بالا در ارتباط با مواد در دسترس نبودن نتایج موثر تر به دست آمده قابل ملاحظه ای کمتر از لحاظ نظری ممکن است. علاوه بر این، توجه داشته باشید که بخشی از نیرو محرکه داخلی کل عنصر همیشه برای حفظ واکنش الکترود (تولید هیدروژن و اکسیژن) مصرف می شود و نمی تواند در مدار خارجی اندازه گیری می شود.

نتیجه گیری.

جمعبندی، میتوان نتیجه گرفت که طبیعت ما اجازه می دهد برای تبدیل انرژی حرارتی را به انرژی مفید یا محل کار، در حالی که با استفاده از به عنوان یک "بخاری" محیط زیست و داشتن یک "یخچال و فریزر" نیست. بنابراین اثر Donnan و داخلی اگر انرژی حرارتی تبدیل از ذرات باردار در انرژی میدان الکتریکی DEL به عنوان گرما واکنش گرماگیر به انرژی شیمیایی تبدیل می شود.

عنصر تماس در نظر گرفته مصرف گرما از محیط و آب، و برق، هیدروژن و اکسیژن اختصاص! علاوه بر این، روند مصرف انرژی و استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت، و آب دوباره به محیط گرما!

قسمت 3 از ضمیمه.

این بخش بیشتر مورد بحث اثر تعادل Donnan، در محل اتصال از درون HPDC فلز / نیمه هادی و حرارت پلتیر در واکنش ردوکس و پتانسیل الکترود در عنصر.

پتانسیل Donnan (ضمیمه №1)

مکانیسم وقوع بالقوه Donnan برای پلی الکترولیت در نظر بگیرید. پس از counterions تفکیک پلی الکترولیت آغاز کوچک خود، با انتشار، ترک حجم اشغال شده توسط ابر مولکول. انتشار جهت counterions مولکولهای حجم پلی الکترولیت کوچک در حلال است به دلیل افزایش غلظت در بخش عمده ای از درشت مولکول در مقایسه با بقیه از راه حل. علاوه بر این، اگر، برای مثال، counterions کوچک با بار منفی، این نتایج در که بخش داخلی از ابر مولکول هستند با بار مثبت، و راه حل بلافاصله به حجم درشت مولکول های مجاور است - منفی است. به عنوان مثال در اطراف یک حجم macroion بار مثبت است، یک نوع از "جو یون" از کوچک ضد یون وجود دارد - بار منفی دارند. ختم رشد شارژ جو یونی رخ می دهد که میدان الکتریکی بین جو macroion حجم یون و توازن انتشار حرارتی counterions کوچک است. در نتیجه تعادل اختلاف پتانسیل بین جو و macroions یونی بالقوه Donnan است. پتانسیل Donnan نیز به عنوان پتانسیل غشا، به دلیل یک وضعیت مشابه در یک غشاء نیمه تراوا رخ می دهد، برای مثال، هنگامی که آن را جدا محلول الکترولیت که دارای یون های دو نوع - قادر و قادر به عبور therethrough از حلال خالص است.

پتانسیل Donnan می تواند به عنوان یک مورد محدود کردن پتانسیل نفوذ، زمانی که تحرک یکی از یون (در این مورد macroion) صفر است در نظر گرفته. سپس با توجه به [1، ص 535]، در اختیار گرفتن ضد معادل یک:

E D = (RT / F) LN ( A1 / A2)، که در آن

اد - پتانسیل Donnan؛

R - ثابت گاز جهانی؛

T - درجه حرارت و ترمودینامیک؛

F - ثابت فارادی؛

A1، A2 - ضد فعالیت در فازهای تماس با ما.

در این عضو، که در آن غشای جدا راه حل poliosnovaniya (PH = ال جی 1 = 14) و پلی اسید (PH = ال جی 2 = 0)، پتانسیل Donnan در سراسر غشاء در دمای اتاق (T = 300 0 K) خواهد بود:

E D = (RT / F) (LG (8.3 * 300/96500) * LN (10) = (14 - 0) - LG 2 1) * LN (10) = 0.83 ولت

Donnan افزایش بالقوه در نسبت مستقیم به درجه حرارت. برای انتشار سلول الکتروشیمیایی پلتیر حرارت تنها منبع برای تولید کار مفید است، تعجب آور نیست که چنین عناصر EMF با افزایش دما افزایش می دهد. در سلول نفوذ برای تولید کار، گرما پلتیر است که همیشه از محیط زیست قرار گرفته است. هنگامی که جریان از طریق EDL اثر Donnan، در یک جهت همزمان با جهت مثبت زمینه DES تشکیل (به عنوان مثال، زمانی که زمینه DES انجام کار مثبت)، گرما از محیط برای تولید این مقاله جذب می شود.

اما عنصر انتشار یک تغییر مستمر و یک سویه در غلظت یون، که در نهایت به تساوی غلظت منجر می شود و توقف انتشار کارگردانی، بر خلاف تعادل Donnan، در جایی، در یک مورد نشت quasistatic غلظت یون جریان، یک بار که ارزش خاصی رسیده است، بدون تغییر باقی مانده .

شکل 2 یک نمودار از پتانسیل ردوکس واکنش هیدروژن و اکسیژن در هنگام تغییر اسیدیته محلول نشان می دهد. نمودار نشان می دهد که پتانسیل الکترود از واکنش تشکیل اکسیژن در غیاب یون OH- (1.23 ولت در یک محیط اسیدی) از پتانسیل همان غلظت بالا (0.4 ولت در یک محیط قلیایی) در 0.83 ولت است. به طور مشابه، پتانسیل الکترود از واکنش هیدروژن تشکیل در غیاب H + (-0.83 ولت در محیط قلیایی) از پتانسیل همان در غلظت بالا (0 V در یک محیط اسید) است، همچنین در 0.83 ولت [4. 66-67]. به عنوان مثال آشکار است که 0.83 ولت برای به دست آوردن غلظت بالایی از آب در یونهای مربوطه مورد نیاز است. این به این معنی است که 0.83 ولت برای یک جرم تفکیک خنثی از مولکول های آب به H + و OH- یون مورد نیاز است. بنابراین، اگر غشا در عنصر فضای کاتد ما محیط اسیدی و قلیایی در آندی پشتیبانی می شود، ولتاژ را می DEL 0.83 ولت آن است، که در شرایط خوب با محاسبات نظری پیش از ارائه برسد. این ولتاژ یک فضای بالا هدایت غشای DES توسط تفکیک آب به یون فراهم می آورد.

شکل 2. نمودار پتانسیل واکنش ردوکس

تجزیه آب، و یون های + H و OH- را به هیدروژن و اکسیژن است.

اگر و پلتیر حرارتی (ضمیمه №2)

"علت اثر Peltier است که انرژی متوسط حامل جریان (برای الکترون) گرفته که در هدایت الکتریکی در هادی های مختلف متفاوت ... در انتقال از یک هادی به الکترون دیگر و یا انتقال شبکه برق اضافی و یا مکمل کمبود انرژی در هزینه های خود را (بسته به جهت جریان).

شکل 3. اثر Peltier بر روی فلز ارتباط و N- نیمه هادی: ԐF - تراز فرمی؛ ԐC - پایین نوار رسانش از نیمه هادی؛ ԐV - باند ظرفیت؛ من - جهت مثبت فعلی؛ محافل با فلش شماتیک الکترون نشان داده شده است.

در مورد اول در محل تماس در منتشر شده است، و دوم - به اصطلاح جذب .. حرارت پلتیر. برای مثال، در نیمه هادی تماس - فلز (شکل 3) انرژی الکترون که از نیمه هادی نوع n به فلز (لمسی سمت چپ) منتقل شده است به طور قابل توجهی بالاتر از ԐF انرژی فرمی. بنابراین، آنها به نقض تعادل حرارتی در فلز است. تعادل به عنوان یک نتیجه برخورد ترمیم، که در آن thermalized الکترون، به کریستالی انرژی اضافی. شبکه. این فلز نیمه هادی (لمسی سمت راست) می توانید تنها الکترونهای پر انرژی ترین عبور، به طوری که گاز الکترون در فلز سرد می شود. در بازسازی توزیع تعادل شبکه مصرف انرژی نوسان "[2، ص 552].

برای تماس با وضعیت فلز / P-نیمه هادی مشابه است. زیرا P-هدایت سوراخ نیمه هادی ارائه باند ظرفیت آن است که در زیر تراز فرمی، سپس تماس و سرد خواهد شد، که در آن الکترون ها از P-نیمه هادی به فلز است. حرارت پلتیر منتشر شد و یا جذب شده توسط از تماس دو هادی، با توجه به تولید منفی یا مثبت از IF داخلی.

از جمله در فاصله تماس سمت چپ (شکل 3)، که در آن تخصیص پلتیر گرما، یک پیل الکترولیک، برای مثال، محلول آبی سود (شکل 4) و نیمه هادی های فلزی و n-اجازه دهید آن را شیمیایی بی اثر.

شکل 4. تماس با چپ N-نیمه هادی و فلز باز و در فاصله محلول الکترولیت قرار داده شده است. نامگذاریهای همان است که در شکل می باشد. 3.

زیرا زمانی که جریان «من»، نیمه رسانا از n-الکترون در تراز انرژی بالاتری می رسند راه حل از خارج از راه حل در فلز آینده، این انرژی اضافی (حرارت پلتیر) باید در سلول ایستاده است.

در حال حاضر از طریق سلول ممکن است تنها یک مورد از نشت آن واکنش های الکتروشیمیایی. اگر واکنش حرارت زا در سلول، گرما پلتیر در سلول منتشر شد، به عنوان بیشتر او جایی برای رفتن. اگر واکنش در سلول - اندوترم، حرارت پلتیر است تمام یا قسمتی برای اثر گرماگیر را جبران کند، به عنوان مثال، به شکل یک محصول واکنش. در این مثال، کل واکنش سلول: 2H2O → 2H2 + O2 ↑ ↑ - گرماگیر، به طوری که حرارت (انرژی) از پلتیر است که برای ایجاد مولکولهای H2 و O2، بر روی الکترود تشکیل شده است. بنابراین، ما به دست آوردن که گرما از پلتیر در محیط در سمت راست N-تماس با نیمه هادی / فلز انتخاب شده است به محیط زیست منتشر نشده است، و در صورت انرژی شیمیایی هیدروژن و اکسیژن مولکولهای ذخیره می شود. بدیهی است، بهره برداری از منبع ولتاژ خارجی است برای الکترولیز آب مصرف می شود، در این مورد کوچکتر از در مورد الکترود یکسان خواهد بود، باعث هیچ وقوع اثر پلتیر ..

صرف نظر از خواص الکترودها، سلول الکترولیتی خود را می تواند جذب یا تولید گرما در هنگام گذر از آنها نمیدهد فعلی پلتیر. شرایط شبه استاتیک، این تغییرات بالقوه از سلول گیبس [4، ص 60]:

Δ Δ G = H - T Δ S، که در آن

Δ H - تغییر آنتالپی سلول؛

T - درجه حرارت و ترمودینامیک؛

Δ S - تغییر در آنتروپی از سلول.

Q = - T Δ S - گرما از سلول پلتیر.

برای یک سلول الکتروشیمیایی هیدروژن اکسیژن در T = 298 (K)، تغییر در آنتالپی ΔHpr = - 8 284.5 (کیلوژول / مول) [، ص. 120]، تغییر در گیبس بالقوه [4. یک 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (کیلوژول / مول)، که در آن

Z - تعداد الکترونها در هر مولکول؛

F - ثابت فارادی؛

E - EMF سلول.

بنابر این

Q AVE = - T Δ S AVE = Δ G و غیره - Δ H و غیره = - 237.3 + 47.2 = 284.5 (کیلوژول / مول)> 0،

به عنوان مثال هیدروژن از اکسیژن سلول الکتروشیمیایی تولید گرما در محیط پلتیر، در حالی که بهبود آنتروپی خود و کاهش آن است. سپس، در روند معکوس، الکترولیز آب است که در مورد مثال ما، پلتیر حرارت Q وزارت دفاع = - AVE Q = - 47.3 (کیلوژول / مول) از الکترولیت را از محیط جذب می شود.

معنی P - حرارت پلتیر گرفته شده از محیط زیست در سمت راست N-تماس با نیمه هادی / فلز. گرمای P> 0 باید در سلول ایستاده، اما به دلیل تجزیه آب در سلول واکنش گرماگیر (Δ H> 0)، گرما پلتیر P است که برای اثر حرارتی از واکنش را جبران:

Δ G ورود = (Δ H ورود - N) + MOD Q                                                                        (1)

وزارت دفاع Q تنها بستگی به ترکیب الکترولیت، از این یک ویژگی از سلول الکترولیتی با الکترود بی اثر است، و n وابسته تنها در مواد الکترود است.

معادله (1) نشان می دهد که گرما از پلتیر P و Q پلتیر گرم وزارت دفاع، می تولید کار مفید است. به عنوان مثال حرارت پلتیر به دور از محیط گرفته هزینه یک منبع قدرت خارجی مورد نیاز برای الکترولیز کاهش می دهد. وضعیت که در آن متوسط حرارت یک منبع انرژی برای تولید کار مفید است، از ویژگی های انتشار است، و همچنین برای بسیاری از سلول های الکتروشیمیایی، نمونه هایی از چنین عناصر در] 3، ص نشان داده شده است. 248-249].

منابع

  1. گراسیموف بله. البته اول شیمی فیزیک. آموزش: برای دانشگاه. V 2 تن T.II. - اد 2 .. - M: شیمی، مسکو، 1973. - 624 ص
  2. Dashevskiy 3. اثر پلتیر M.. // دانشنامه فیزیکی. در 5 متر T. III. مغناطیس - پوینتینگ قضیه است. / CH. اد. A. M. Prohorov. اد. حساب کند. DM شرکت Alekseev، A. M. Baldin، AM Bonch-Bruevich، A. Borovik-رومانف و دیگران - M: دایره المعارف بزرگ روسی، 1992. - 672 ص - ISBN 5-85270-019-3 (3 متر)؛ ISBN 5-85270-034-7.
  3. کراسنوف KS شیمی فیزیک. در 2 کتاب. جلد 1. ساختار ماده. ترمودینامیک: مجموعه مقالات. برای مدارس؛ KS کراسنوف، N. K. ها Vorobev، I. همکاران Godnev - اد 3 .. - M: عالی. هفته، 2001. - 512. - ISBN 5-06-004025-9.
  4. کراسنوف KS شیمی فیزیک. در 2 کتاب. جلد 2. الکتروشیمی. سینتیک شیمیایی و تجزیه: مجموعه مقالات. برای مدارس؛ KS کراسنوف، NK Vorobyov به I. N. Godnev همکاران -3 ویراستار، کشیش - M: عالی. هفته، 2001. - 319. - ISBN 5-06-004026-7.
  5. البته به طور کلی Sivukhin DV فیزیک است. آموزش: برای دانشگاه. در 5 متر T.III. برق است. - اد 4، کلیشه .. - M: FIZMATLIT. انتشارات از MIPT، 2004. - 656 ص - ISBN 5-9221-0227-3 (3 متر)؛ 5-89155-086-5.
  6. Tager A. A. شیمی فیزیک پلیمر. - M: شیمی، مسکو، 1968. - 536 ص
  7. سینتیک Vetter K. الکتروشیمیایی، ترجمه شده از زبان آلمانی با اصلاحات نویسنده به چاپ روسی، ویرایش شده توسط خبرنگار. اتحاد جماهیر شوروی آکادمی پروفسور علوم. Kolotyrkin YM - M: شیمی، مسکو، 1967. - 856 ص
  8. ص اتکینز شیمی فیزیک. در 2 در مقابل T.I.، ترجمه شده از زبان انگلیسی از دکتر علوم شیمیایی Butin KP - M: میر، مسکو، 1980. - 580 ص

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 fa.atomiyme.com. Theme powered by WordPress.