Օգտակար Աշխատանքային կողմից շոգին շրջակա միջավայրի

Մաս 1. Որոշ տերմինները եւ սահմանումները.

The electromotive ուժ (EMF) անբաժանելի արտաքին ուժ դաշտը մասը բաղկացած է ընթացիկ աղբյուր ... արտաքին ուժային գործող, ELECTROPLATING բջիջները սահմաններում միջեւ էլեկտրալույծ եւ էլեկտրոդի. Նրանք նաեւ գործում է սահմանի երկու տարբեր մետաղների եւ որոշել, թե շփման պոտենցիալ տարբերությունը therebetween [5, p. 193, 191]: Գումարը jumps ներուժը բոլոր մակերեսները է տպատախտակները բաժնի հավասար է պոտենցիալ տարբերության դիրիժորների, որը գտնվում է շղթայի ծայրերում, եւ կոչվում է electromotive ուժ emf դիրիժոր միացում ... շղթա, որը բաղկացած է միայն այն դիրիժորներից առաջին տեսակի հավասար է պոտենցիալ ցատկել միջեւ առաջին եւ վերջին դիրիժոր անմիջական շփման նրանց (Volta օրենք) ... Եթե միացում է պատշաճ կերպով բաց է, EMF սա միացում է զրոյական. Ուղղել է բաց միացում դիրիժոր, որն իր մեջ ներառում է առնվազն մեկ էլեկտրալույծ, կիրառելի իրավունքի վոլտ ... Ակնհայտ է, միայն դիրիժոր միացում, որի կազմում է առնվազն մեկ դիրիժոր երկրորդ տեսակի են էլեկտրաքիմիական բջիջները (կամ շղթաներով էլեկտրաքիմիական տարրեր) [1, p. 490 - 491]:

Polyelectrolytes են պոլիմերներ, որոնք ընդունակ են dissociating մեջ իոնների լուծման, ուստի, նույն macromolecule, մեծ թվով կրկնվող մեղադրանքները ... կարված polyelectrolytes (իոնային exchangers, իոնային փոխանակման խեժ) չի արձակում, միայն ուռուցք, իսկ պահպանելով կարողությունը բաժանել [6, p. 320 - 321]: Polyelectrolytes անջատել մեջ բացասաբար գանձվում macroion եւ H + իոնների են կոչվում polyacids եւ dissociates մեջ դրական լիցքավորված իոններով եւ OH- macroion կոչված poliosnovaniyami:

Donnan հավասարակշռության ներուժը պոտենցիալ տարբերությունը, որ տեղի է ունենում փուլային սահմանի երկու electrolytes եթե այս սահմանափակումը չէ permeable բոլոր իոնների. Impermeability սահմանափակումներ որոշ իոնների կարող է պայմանավորված լինել, օրինակ, ներկայությունը Մեմբրանների հետ շատ նեղ pores, որոնք անանցանելի է մասնիկների վերը որոշակի չափի. Ընտրողական permeability ինտերֆեյսի տեղի է ունենում, եւ եթե որեւէ իոնների այնքան խիստ կապված է մեկի փուլերի, որ թողնում է այն, ընդհանուր առմամբ, չեն կարող: , Թե վարվել իոնային Իոնափոխանակման խեժեր, կամ իոնային փոխանակման խումբ ֆիքսված homopolar պարտատոմսի է մոլեկուլային վանդակներից կամ մատրիցով. Լուծում, լինելով ներսում այնպիսի matrices ձեւերի հետ միասին մեկ փուլ լուծում, գտնվում է դուրս, երկրորդ [7: 77]:

Էլեկտրական կրկնակի շերտ (EDL), որը տեղի է միջերեսի երկու փուլերի Սահմանել Հակառակ գանձվող շերտերի տրամադրված է որոշակի հեռավորության վրա, միմյանց [7: 96]:

Peltier իրականացնել այս մեկուսացումը կամ կլանում ջերմության է շփման երկու տարբեր դիրիժորների կախված նրանից, թե որ ուղղությամբ հոսանքահարման հոսող շփման [2, p. 552]:

Մաս 2: Օգտագործելով ջերմային Բավարար է էլեկտրոլիզի ջրի.

Հաշվի առնել մեխանիզմը առաջացման միացում է էլեկտրաքիմիական բջջի (այսուհետ տարրը), ցույց սխեմատիկ Նկ. 1, ավելի emf պայմանավորված է ներքին շփման պոտենցիալ տարբերության (PKK) եւ ուժի Donnan (համառոտ նկարագրությունը էության Donnan ուժի, ներքին PKK- ի եւ ասոցիացված Peltier ջերմային տրամադրվում է երրորդ մասում հոդվածի):

Նկ. 1. սխեմատիկ ներկայացուցչություն է էլեկտրաքիմիական բջջի: 1 - կաթոդ, որը դիմել է մի լուծման 3, իսկ Էլեկտրաքիմիական կրճատումը արձագանքը էլեկտրոլիտային կատիոնների տեղի է ունենում դրա մակերեսին, պատրաստված է քիմիապես իներտ մեծապես doped n-կիսահաղորդչային: Մի մասը կաթոդ կապող այն է արտաքին լարման աղբյուրի, մետաղացված, 2 անոդ, որը դիմել է մի լուծման 4, մակերեւույթի վրա դրանց տեղի են ունենում էլեկտրաքիմիական օքսիդացման արձագանքը էլեկտրոլիտային անիոնների, պատրաստված քիմիապես իներտ ծանր doped p-կիսահաղորդչային: Մի մասը անոդ կապող այն է արտաքին լարման աղբյուրի, մետաղացված, 3 - կաթոդ տարածք, polyelectrolyte լուծումը, dissociating է ջրով macroion R- բացասաբար գանձվում եւ դրական լիցքավորված counterions փոքր K + (է սույն օրինակում է ջրածնի իոնի H +); 4 - անոդ կուպե polyelectrolyte լուծում է ջրի dissociating մեջ դրական լիցքավորված macroion R +, եւ բացասական լիցքավորված counterions փոքր A- (այս օրինակում դա հիդրօքսիդ իոններ OH-). 5 - թաղանթ (մեմբրան), այն է, անթափանց է մակրոմոլեկուլների (macroion) polyelectrolytes, բայց բոլորովին permeable է փոքր counterions K +, Ա եւ ջրի մոլեկուլների կիսում տիեզերական 3 եւ 4, Evnesh - արտաքին լարման աղբյուր:

EMF ըստ Donnan ուժի

Պարզության համար, որ էլեկտրալույծ է կաթոդ տարածության (. 3, նկ. 1) ընտրված է նստվածքային polyacid լուծում (R-H +) է էլեկտրոլիտային եւ անոդ բարձիկներ (4, Նկ .1) - նստվածքային poliosnovaniya (R + OH-): Որպես արդյունքում dissociation polyacids է կաթոդ բարձիկներ, մոտ մակերեսի կաթոդ (1, Նկ. 1), կա ավելի կենտրոնացումն է H + իոնների. Դրական լիցք հայտնվելով մոտակայքում կաթոդ մակերեսի չի փոխհատուցվում բացասաբար գանձվում macroions R-, քանի որ նրանք չեն կարող գալ մոտ է մակերեսի կաթոդ շնորհիվ իր մեծությամբ եւ ներկայությամբ դրական լիցքավորված իոնների մթնոլորտում (մանրամասն տես. Description Donnan ազդեցություն Հավելված №1 երրորդ մասի հոդվածի): Այսպիսով, սահմանը շերտ լուծման ուղղակիորեն հետ շփվող կաթոդ մակերեսի ունի դրական լիցք. Որպես հետեւանք, որը էլեկտրաստատիկ զորակոչի վրա կաթոդ մակերեսին, սահմանակից լուծման, կա մի բացասական լիցքը անցկացման էլեկտրոնների: այսինքն է ինտերֆեյսի միջեւ կաթոդ մակերեսի եւ DES լուծման տեղի է ունենում: Դաշտը DES դրդում են էլեկտրոնները կաթոդ - ից լուծմանը:

Նմանապես, է անոդ (2, նկ. 1), սահմանային շերտի լուծման անոդ բարձիկներ (4 Նկ. 1) ուղղակիորեն հետ շփման անոդ մակերեսի ունի բացասական լիցք, եւ անոդ մակերեսին, սահմանակից լուծման, կա դրական լիցք. այսինքն է ինտերֆեյսի միջեւ անոդ մակերեսի եւ լուծման նույնպես տեղի է ունենում DES: Դաշտը DES դրդում են էլեկտրոնները լուծման մի անոդ.

Այսպիսով, դաշտը DES է ինտերֆեյս կաթոդ եւ անոդ լուծմանը, աջակցել է ջերմային լուծումը իոն դիֆուզիոն, կան երկու ներքին EMF աղբյուրը, գործելով համերգի հետ արտաքին աղբյուրից, այսինքն, հրելով բացասական մեղադրանքը հանգույց հակառակ:

Բաժանում poliosnovaniya polyacids եւ նաեւ առաջացնում ջերմային տարածմանը միջոցով մեմբրանի (5 Նկար 1) H + իոնների է cathodic տարածության դեպի անոդ, եւ OH- իոնների են անոդ բարձիկներ մի կաթոդ. Macroion R +, եւ R- polyelectrolytes չի կարող շարժվել միջոցով մեմբրանի, ուստի այն է կաթոդ տարածության կա ավելցուկային բացասական մեղադրանքը, եւ ի anodic տարածության մի ավելորդ դրական լիցք, այսինքն, կա մեկ այլ DPP պայմանավորված է Donnan ուժի: Այսպիսով, թաղանթ նաեւ տեղի է ունենում ներսում emf, գործելով համերգի հետ արտաքին աղբյուր ջերմության տարածման եւ պահպանվում լուծմանը իոնների.

Մեր օրինակում, լարման ամբողջ մեմբրանի կարող է հասնել 0,83 վոլտ, քանի որ դա համապատասխանում է փոփոխության ներուժի ստանդարտ hydrogen էլեկտրոդների ից - 0.83-ից մինչեւ 0 վոլտ-ին անցում է ալկալային կրիչի մեջ անոդ բարձիկներ կաթոդ կուպե acidic միջավայրի. Մանրամասների համար, տես. Հավելվածում №1 երրորդ մասի հոդվածում:

EMF PKK- ն ներսից

The Element EMF Այն տեղի է ունենում, այդ թվում `շփման կիսահաղորդչային անոդ եւ կաթոդ իրենց մետաղական մասերի ծառայող է կապել արտաքին լարման աղբյուրը: Այս EMF շնորհիվ ներքին PKK- ի: Ներքին ԵԹԵ չի ստեղծում, ի տարբերություն արտաքին դաշտում տարածության շրջապատող կոնտակտային դիրիժորների, այսինքն Դա չի ազդում միջնորդությունը լիցքավորված մասնիկների դուրս դիրիժորների: Շինարարություն n-կիսահաղորդչային / մետաղական / p-կիսահաղորդչային բավականաչափ հայտնի է եւ օգտագործվում է, օրինակ, Ջերմաէլեկտրական peltier մոդուլը: Ուժգնությունն է EMF նման կառույց սենյակային ջերմաստիճանում կարող է հասնել արժեքները հրամանով 0,4 - 0,6 Վոլտ [5, p. 459; 2, էջ. 552]: Դաշտերը կոնտակտներում ուղղված են այնպիսի եղանակով, որ նրանք մղել էլեկտրոնները ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ է հանգույց, այսինքն ակտն համերգին արտաքին աղբյուրից: Էլեկտրոնները բարձրացնել էներգետիկ մակարդակը միջինից կլանող շոգին peltier:

Ներքին ԵԹԵ առաջացող պայմանավորված է դիֆուզիայի էլեկտրոնների շփման ոլորտներում էլեկտրոդի եւ լուծման, ընդհակառակը, դրդում էլեկտրոնները են ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ հանգույց. այսինքն միջնորդությունը էլեկտրոնների տարրի ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ այդ շփումների պետք է հատկացվի peltier շոգին. բայց քանի որ փոխանցման էլեկտրոնների է կաթոդ մեջ լուծման եւ լուծման անոդ է պարտադիր ուղեկցվում է endothermic ռեակցիայի առաջացնող ջրածին եւ թթվածին, շոգին peltier չի արձակվում է միջին, եւ պետք է նվազեցնել endothermic ազդեցություն, այսինքն նման «կոնսերվացված» - ի enthalpy ձեւավորման ջրածնի եւ թթվածնի. Մանրամասների համար, տես. Հավելվածում №2 երրորդ հոդվածի մասով:

կրիչների (էլեկտրոնները եւ իոնները) տեղափոխել է Element կոնտուրում ոչ փակ ուղիներ, ոչ լիցքավորման ի տարր չի շարժվում է փակ շրջան. Յուրաքանչյուր էլեկտրոն անոդ ստացված լուծույթի (ընթացքում օքսիդացման OH- իոնների թթվածնի մոլեկուլների), եւ անցել արտաքին միացում կաթոդ, որը volatilized հետ միասին ջրածնային մոլեկուլների (այդ գործընթացում վերականգնման իոնների H +). Նմանապես իոնների OH- եւ H + չեն տեղափոխել մի փակ շրջան, բայց միայն համապատասխան էլեկտրոդների, եւ ապա խտացնել ձեւով մոլեկուլային ջրածնի եւ թթվածնի. այսինքն եւ իոնների եւ էլեկտրոնները յուրաքանչյուրը շարժվում է իր միջավայրի արագացնող ոլորտում DES եւ վերջը այն ճանապարհից, երբ նրանք հասնում մակերեւույթը էլեկտրոդների համակցված են մոլեկուլ, վերծանել ամբողջ էներգիան պահվող - էներգիան քիմիական պարտատոմսի, եւ դուրս հանգույց!

Բոլոր ներքին աղբյուրների EMF Տարր, նվազեցնել ծախսերը արտաքին աղբյուր ջրի էլեկտրոլիզի. Այսպիսով, շոգին ambient կլանող տարրեր ընթացքում իր գործունեության է պահպանել տարածմանը DES, պետք է նվազեցնել ծախսերը արտաքին աղբյուրի, այսինքն, Այն բարձրացնում է էլեկտրոլիզի արդյունավետությունը:

Էլեկտրալուծում ջրի, առանց որեւէ արտաքին աղբյուրից.

Ուսումնասիրելիս գործընթացները տեղի են տարր ցույց է Նկ. 1, արտաքին աղբյուրից պարամետրեր են հաշվի չեն առնվում: Ենթադրենք, որ այդ ներքին դիմադրություն հավասար է Rd եւ լարման 0. Դա Evnesh Տարր Էլեկտրոդներ են shorted է պասիվ բեռի (տես Նկ. 5): Այս դեպքում, ուղղությունը եւ մեծությունը DES ոլորտների ծագող է ինտերֆեյսի մեջ տարրերի մնում են նույնը:

Նկ. 5. Փոխարենը Evnesh (Նկ. 1), այդ թվում `պասիվ բեռի RL.

Պայմանների որոշումը ինքնաբուխ ընթացիկ հոսքի այս տարր. Փոխելով Gibbs ներուժը, ըստ բանաձեւով (1) հավելվածի №1 երրորդ մասի հոդվածում:

Δ G հայերեն (Armenian) = (Δ H հայերեն - ժդ) + Q ՊՆ

Եթե P> Δ H + Q ՊՆ ՊՆ = 284,5 47,2 = 237.3 (կՋ / մոլ) = 1.23 (eV / մոլեկուլ)

որ Δ G հայերեն <0, ինքնաբուխ գործընթաց է հնարավոր:

Մենք կքննարկենք նաեւ, որ տարրերը ջրածնի սերունդը արձագանքը տեղի է ունենում մի acidic միջին (էլեկտրոդների ներուժը 0 վոլտ) եւ թթվածին է ալկալային (էլեկտրոդների ներուժի 0.4 վոլտ): Նման էլեկտրոդների ներուժը ապահովում է թաղանթ (5, թուզ: 5), լարման, որով դա պետք է լինի 0.83 վոլտ. այսինքն համար պահանջվող էներգիան ձեւավորման ջրածնի եւ թթվածնի կրճատվել է 0.83 (EV / մոլեկուլ): Ապա պայմանը հնարավորության ինքնաբուխ գործընթացը կշարունակվի:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / մոլեկուլ) = 77,2 (կՋ / մոլ) (2)

Մենք գտնում ենք, որ այդ էներգետիկ խոչընդոտ է ջրածնի եւ թթվածնի մոլեկուլների խուսափել եւ առանց արտաքին լարման աղբյուր: այսինքն նույնիսկ N = 0.4 (eV / մոլեկուլ), այսինքն, այն ժամանակ, երբ ներքին էլեկտրոդների HPDC 0.4 վոլտ, տարր կլինի մի պետության դինամիկ հավասարակշռության, եւ ցանկացած (նույնիսկ փոքր) փոփոխությունը հաշվեկշռի պայմաններում կառաջացնի ներկայիս է միացում մի ստեղծեք:

Մեկ այլ խոչընդոտ ռեակցիաների է էլեկտրոդի է ակտիվացման էներգետիկայի, սակայն դա վերացվել է թունելի ուժի, որոնք առաջանում պայմանավորված է փոքրության մասին բացը միջեւ էլեկտրոդների եւ լուծման [7, p. 147-149]:

Այսպիսով, հիման վրա էներգետիկ նկատառումներից, մենք եզրակացնում ենք, որ ինքնաբուխ հոսանքը տարր ցույց է Նկ. 5, դա հնարավոր է: Բայց այն, ինչ ֆիզիկական պատճառներ կարող է առաջացնել այս ընթացիկ. Այս պատճառները թվարկված են ստորեւ:

1. հավանականությունը անցման էլեկտրոնների է կաթոդ մեջ լուծման բարձր է, քան հավանականության անցման անոդ մեջ լուծում, քանի որ n-կիսահաղորդչային կաթոդ ունի շատ ազատ էլեկտրոնների հետ բարձր էներգետիկ մակարդակով, եւ P-կիսահաղորդչային անոդ - միայն «անցքեր», եւ այդ «անցքեր» են որպես էներգետիկ մակարդակով գրանշանները կաթոդ էլեկտրոնների.

2. թաղանթ, որը աջակցում է կաթոդ տարածության վրա acidic միջավայրում, իսկ անոդ - ալկալային. Այն դեպքում, իներտ էլեկտրոդների, դա հանգեցնում է այն բանին, որ մի կաթոդ էլեկտրոդների ներուժն դառնում է ավելի մեծ, քան անոդ. Հետեւաբար, էլեկտրոնները պետք է առաջ շարժվել միջոցով արտաքին circuit է անոդ մինչեւ կաթոդ.

3. մակերեւույթը մեղադրանքը, որ polyelectrolyte լուծումների առաջացող պայմանավորված է Donnan ուժի, ստեղծում է էլեկտրոդների / լուծում ոլորտում, ինչպիսին որ դաշտը կաթոդ խթանում էլեկտրոնային եկամտաբերությունը կաթոդ մեջ լուծման, եւ դաշտը, որ անոդ - էլեկտրոնների մտնելու անոդ ից լուծմանը.

4. հաշվեկշիռը առաջ եւ հակադարձ արձագանք է էլեկտրոդի (փոխանակման հոսանքներով) կողմնակալ դեպի H + իոնների ուղիղ ուղեցույցներ, այլ կրճատման արձագանք է կաթոդ եւ օքսիդացման OH- իոնների ին անոդ, քանի դրանք ուղեկցվում են ձեւավորման գազի (Հ 2 եւ O2), որն ընդունակ է հեշտությամբ թողնելով արձագանքման գոտի (Le Chatelier ի սկզբունքը).

Փորձերի.

Քանակական գնահատման լարման ողջ բեռի կողմից Donnan ուժի, փորձ էր կատարվում, որի կաթոդ Element բաղկացած է ակտիվացված ածխածնի հետ արտաքին Գրաֆիտ էլեկտրոդների եւ անոդ մի խառնուրդ ակտիվացված ածխածնի եւ anion խեժ AB-17-8 արտաքին Գրաֆիտ էլեկտրոդների. Էլեկտրալույծ - նստվածքային NaOH լուծույթ, անոդ եւ կաթոդ տարածքներ են առանձնացվել է սինթետիկ զգում: Վրա բաց արտաքին էլեկտրոդի այս տարրի ուներ լարման մոտ 50 mV: Երբ միացված է տարր արտաքին բեռի 10 օհմ ֆիքսված ընթացիկ մոտ 500 microamps: Երբ շրջապատող ջերմաստիճանի բարձրացումը 20-ից 30 0C լարման դեպի արտաքին էլեկտրոդների ավելացել է 54 mV. Բարձրացնելով լարման ին շրջապատող ջերմաստիճանի հաստատում է, որ աղբյուրը EMF է դիֆուզիոն, այսինքն ջերմային միջնորդությունը մասնիկների.

Քանակական գնահատման լարման ողջ բեռի ից ներսի HPDC մետաղական / կիսահաղորդչային փորձի իրականացվել է, որի բջջային կաթոդ բաղկացած սինթետիկ Գրաֆիտ փոշու հետ արտաքին Գրաֆիտ էլեկտրոդների եւ անոդ մի փոշի բորի կարբիդի (B4C, P-կիսահաղորդչային) հետ արտաքին Գրաֆիտ էլեկտրոդների. Էլեկտրալույծ - նստվածքային NaOH լուծույթ, անոդ եւ կաթոդ տարածքներ են առանձնացվել է սինթետիկ զգում: Վրա բաց արտաքին էլեկտրոդի տարրի լարման էր մոտ 150 mV: Երբ կապող արտաքին բեռը է տարր 50 kOhm լարման նվազել է 35 mV. Այսպիսի ուժեղ լարման անկումը պայմանավորված է ցածր ներքին բորի կարբիդի եւ, որպես հետեւանք, բարձր ներքին դիմադրություն տարր. Հետաքննությունը լարման versus ջերմաստիճանում համար տարրի այդպիսի կառույցի չի իրականացվում: Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ, մի SEMICONDUCTOR, կախված դրա քիմիական կազմի, աստիճանը դոպինգային եւ այլ հատկությունների, այդ ջերմաստիճանի փոփոխություն տարբեր ձեւերով կարող են ազդել իր Fermi մակարդակը: այսինքն ջերմաստիճանը ազդեցություն EMF Տարր (ավելացում կամ նվազում), այս դեպքում կախված է օգտագործվող նյութերի, այնպես որ սա ոչ թե վկայում փորձ.

Այս պահին այն շարունակվել է մեկ այլ փորձ, որը բջջային կաթոդ պատրաստվում է մի խառնուրդ է ակտիվացված ածխածնի փոշու եւ KU-2-8 արտաքին չժանգոտվող պողպատից էլեկտրոդների եւ անոդ մի խառնուրդ ակտիվացված ածխածնի փոշու եւ anion խեժ AB-17-8 դեպի արտաքին էլեկտրոդների ից չժանգոտվող պողպատից. Էլեկտրալույծ - ջրային լուծույթ NaCl, անոդ եւ կաթոդ տարածքներ են առանձնացվել են սինթետիկ զգացի: Արտաքին էլեկտրոդներ Այս տարրի հոկտեմբերի 2011-ի վիճակի են կարճ միացում է պասիվ ամպերմետր: Միջին որը ցույց է տալիս ամպերմետր, մոտ մեկ օր հետո, իր հերթին, նվազել է 1 մԱ մինչեւ 100 mkA (որը, ըստ երեւույթին, պայմանավորված է բեւեռացման էլեկտրոդի), եւ դրանից հետո, ավելի քան մեկ տարի չի փոխվի:

Գործնական փորձերի նկարագրված է վերեւում հետ կապված ավելի արդյունավետ նյութերը անմատչելիություն ստացված արդյունքների էականորեն ցածր է, քան տեսականորեն հնարավոր է: Բացի այդ, պետք է տեղյակ լինեն, որ մասն է ընդհանուր ներքին EMF Տարր միշտ սպառվում պահպանելու համար էլեկտրոդների արձագանքը (արտադրության ջրածնի եւ թթվածնի) եւ չի կարող չափվել է արտաքին միացում մի ստեղծեք:

Եզրակացություն.

Ամփոփելով, կարելի է եզրակացնել, որ բնությունը մեզ թույլ է տալիս փոխանակելու ջերմային էներգիայի մեջ օգտակար էներգիայի կամ աշխատանքի, իսկ օգտագործելով որպես «Մարտկոցային» միջավայրում եւ չի ունենալու է «սառնարանը»: Այսպիսով, Donnan ուժի եւ ներքին ԵԹԵ դարձի ջերմային էներգիայի Լիցքավորված մասնիկների էլեկտրական դաշտի էներգիայի DEL, որպես endothermic ռեակցիայի ջերմության փոխակերպվել քիմիական էներգիայի.

Համարվում Կապ տարրը սպառում ջերմություն է միջին եւ ջրի, եւ հատկացնում էլեկտրաէներգիայի, ջրածին եւ թթվածին: Ավելին, գործընթացը էներգիայի սպառման եւ օգտագործման ջրածնի որպես վառելիք, իսկ ջուրը վերադառնում է ջերմային միջին!

3-րդ մասը հավելվածի:

Այս մասը քննարկել Donnan հավասարակշռությունը ազդեցություն, ժամը հանգույցի ներքին HPDC մետաղական / կիսահաղորդիչ եւ peltier ջերմության վրա օքսիդավերականգնման ռեակցիաների եւ էլեկտրոդների հնարավորությունները, ի տարր.

Donnan ներուժը (Հավելված №1)

Հաշվի առնել մեխանիզմը առաջացման Donnan ներուժի համար polyelectrolyte: Այն բանից հետո, բաժանում polyelectrolyte counterions սկսել իր փոքր, դիֆուզիոն, թողնելով ծավալը զբաղեցրած macromolecule: Ուղղորդված դիֆուզիոն counterions փոքր ծավալը polyelectrolyte մակրոմոլեկուլների հետ վճարունակ պայմանավորված է աճել կոնցենտրացիան զգալի մասը macromolecule համեմատ մյուս լուծման: Բացի այդ, եթե, օրինակ, փոքր counterions են բացասաբար գանձվում, սա հանգեցնում է, որ ներքին մասը macromolecule են դրական լիցքավորված, իսկ լուծումը պետք է անմիջապես կից ծավալից macromolecule բացասական: այսինքն շուրջ դրական լիցքավորված macroion ծավալի, կա մի տեսակ «իոնային մթնոլորտի» մասին փոքր վաճառասեղանին-իոնների `բացասաբար գանձվում: Դադարումը իոնային մթնոլորտը մեղադրանքը աճը տեղի է ունենում այն ժամանակ, երբ էլեկտրաստատիկ դաշտի միջեւ իոնային ծավալի macroion մթնոլորտի եւ մնացորդների ջերմային ցրում փոքր counterions: Արդյունքում ստացված հավասարակշռության ներուժը տարբերությունն մթնոլորտի եւ իոնային macroions է Donnan ներուժը. Donnan ներուժը, որը նաեւ կոչվում է փառ ներուժի, քանի որ նման իրավիճակ տեղի է ունենում մի semipermeable մեմբրանի, օրինակ, երբ այն բաժանում է էլեկտրալույծ լուծում, որը ունի իոնների երկու տեսակի `ընդունակ եւ որոնք ի վիճակի չեն անցնելու therethrough մաքուր վճարունակ.

Donnan ներուժը կարելի է համարել որպես սահմանափակող դեպքում է դիֆուզիոն ներուժի, երբ շարժունակությունը մեկի իոնների (այս դեպքում macroion) հավասար է զրոյի: Այնուհետեւ, ըստ [1, p. 535], հաշվի մեղադրանքը counter հավասար է մեկի:

E D = (RT / F) Ln ( a1 / A2), որտեղ

Ed - Donnan ներուժը,

R - ունիվերսալ գազի հաստատունը,

T - թերմոդինամիկական ջերմաստիճանը;

F - Faraday հաստատունը,

a1, a2 - Counter-գործունեություն է կոնտակտային փուլերում:

Այս անդամ, ուր թաղանթ բաժանող poliosnovaniya լուծումներ (pH = LG մի 1 = 14) եւ polyacid (pH = Lg մի 2 = 0), Donnan ներուժը ամբողջ մեմբրանի սենյակային ջերմաստիճանում (T = 300 0 K) կլինի:

E D = (RT / F) (Lg ը 1 - Lg ա 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 վոլտ

Donnan պոտենցիալ ավելացումները ուղիղ համեմատական է ջերմաստիճանի. Համար տարածում է Էլեկտրաքիմիական բջջային peltier շոգին միակ աղբյուրն է արտադրության օգտակար աշխատանքի, դա զարմանալի չէ, որ այդ տարրերը EMF մեծացնում է աճող ջերմաստիճանը: Ի դիֆուզիոն բանտախցում արտադրության աշխատանքի, Peltier ջերմային միշտ ընկալվում է շրջակա միջավայրի. Երբ ընթացիկ հոսում EDL ձեւավորվել Donnan ազդեցություն, մի ուղղությամբ համընկնում է դրական ուղղությամբ բնագավառում DES (այսինքն, երբ դաշտը DES կատարում դրական աշխատանք), ջերմային է կլանել է շրջակա միջավայրի համար արտադրության այս թղթի վրա:

Բայց ցրում տարր է շարունակական եւ unidirectional փոփոխություն ion կենտրոնացման, որն ի վերջո հանգեցնում է համահավասարեցման համակենտրոնացման եւ կանգնեցնում ուղղված տարածմանը, ի տարբերություն հավասարակշռության Donnan, ջրով կը հեղեղեմ երկիրը, մի դեպքում արտահոսքի quasistatic հոսանքների ion համակենտրոնացման, մի անգամ հասնելով որոշակի արժեք, մնում է անփոփոխ ,

Նկ. 2 ցույց է տալիս դիագրաման օքսիդավերականգնման ներուժի ռեակցիաների ջրածնի եւ թթվածնի, երբ փոփոխվող թթվայնությունը լուծման: Այս աղյուսակը ցույց է տալիս, որ էլեկտրոդային ներուժը թթվածնի ձեւավորման ռեակցիայի բացակայության դեպքում OH- իոնների (1.23 վոլտ որպես acidic միջավայրում) տարբերվում է նույն ներուժի բարձր կոնցենտրացիայի (0.4 վոլտ ի ալկալային միջին) at 0.83 վոլտ. Նմանապես, էլեկտրոդային ներուժը ջրածնի-ձեւավորման արձագանքի բացակայության դեպքում H + (-0.83 վոլտ է ալկալային միջին) տարբերվում է նույն ներուժի բարձր կոնցենտրացիայի (0 V է թթու միջին), ինչպես նաեւ 0.83 վոլտ [4: 66-67]: այսինքն ակնհայտ է, որ 0.83 վոլտ պահանջվում, որպեսզի ստանալ բարձր կոնցենտրացիան ջրի համապատասխան իոնների. Սա նշանակում է, որ 0.83 վոլտ համար պահանջվում է զանգվածի չեզոք անջատում ջրային մոլեկուլների մեջ H + եւ OH- իոնների. Այսպիսով, եթե թաղանթ ապահովվում է մեր Element կաթոդ տիեզերական acidic միջին եւ ալկալային anodic, լարման կարող է հասնել իր DEL 0,83 վոլտ, ինչը լավ է համաձայնեցված հետ տեսական հաշվարկների ներկայացված ավելի վաղ: Այս լարման ապահովում է բարձր ջերմահաղորդություն տարածք DES թաղանթ է ջրի անջատում մեջ իոնների ներսում:

Նկ. 2. դիագրամ RedOx արձագանքը ներուժը

կազմալուծում ջրի, եւ H + իոնների եւ OH- մեջ ջրածնի եւ թթվածնի.

ԵԹԵ եւ Peltier ջերմային (Հավելված №2)

«Պատճառը peltier ուժի այն է, որ միջին էներգիայի մեղադրանքի կրիչների (համար որոշման էլեկտրոնի) ներգրավված է էլեկտրական ջերմահաղորդություն է տարբեր դիրիժորների է տարբերվում ... Ի անցումը մեկ դիրիժոր մյուսը էլեկտրոնային կամ փոխանցելու ավելորդ էներգետիկ ցանցին կամ լրացնելու պակասը էներգիայի իր հաշվին (կախված ընթացիկ ուղղությամբ):

Նկ. 3. peltier ազդեցություն շփման մետաղի եւ կիսահաղորդչային n-: ԐF - Ֆերմիի մակարդակով. ԐC - ներքեւի մասը անցկացնելու նվագախումբը կիսահաղորդիչների. ԐV - Valence խումբը. Ես - դրական ուղղությունը ընթացիկ; շրջանակների հետ Ռադիո սխեման էլեկտրոնները:

Առաջին դեպքում մոտ կոնտակտը, ազատ է արձակվել, իսկ երկրորդը, այսպես կոչված կլանված .. Peltier ջերմության. Օրինակ, շփման կիսահաղորդչային - մետաղյա (նկ. 3) էներգիայի էլեկտրոնների, որ անցնում է n-type կիսահաղորդչային մետաղական (ձախ հպում) զգալիորեն ավելի բարձր է, քան Ֆերմիի էներգետիկ ԐF: Հետեւաբար, նրանք խախտում են ջերմային հավասարակշռության մեջ մետաղի. Հավասարակշռությունը վերականգնվել հետեւանքով բախումների, որի ջերմայնացված էլեկտրոնները, տալով ավելցուկային էներգետիկ բյուրեղային: Ցանց: The կիսահաղորդչային մետաղյա (աջ հպում) կարող են անցնել միայն առավել էներգետիկ էլեկտրոնները, այնպես, որ էլեկտրոն գազը մետաղի սառչում: Վերականգնման հավասարակշռության բաշխման տատանում սպառվող էներգիայի վանդակավոր »[2, p. 552]:

Դիմել մետաղական / p-կիսահաղորդչային իրավիճակը նույնն է: քանի որ P-ջերմահաղորդություն կիսահաղորդչային անցքեր ապահովել իր ՎԱԼԱՆՍԻ խումբը, որը ցածր է Ֆերմիի մակարդակից, ապա կոնտակտային կլինի cooled է, որը էլեկտրոնները հոսում է p-կիսահաղորդիչների է մետաղի: Peltier ջերմային արձակվել, կամ կլանել է շփման երկու դիրիժորների, պայմանավորված է արտադրության բացասական կամ դրական է ներքին, եթե.

Ներառված է ձախ շփման բացը (նկ. 3), որի վրա Peltier ջերմային տեղաբաշխման, էլեկտրոլիտիկ բջջային, օրինակ, նստվածքային NaOH լուծույթ (Գծապատկեր 4) եւ մետաղական կիսահաղորդչային եւ n-թող լինի քիմիապես իներտ:

Նկ. 4. ձախ Կապ n-կիսահաղորդչային եւ մետաղական բաց է եւ տեղադրվում է բացը, որ էլեկտրալույծ լուծում. Անվանումները նույնն են, ինչպես Նկ. 3:

Քանի որ, երբ ընթացիկ հոսքերը «I», որ կիսահաղորդչային N-էլեկտրոնների բարձրագույն էներգիայի կժամանի լուծում, քան դուրս գալու լուծման մետաղի, սա ավելցուկային էներգիայի (ջերմային peltier) պետք է կանգնել խցում:

Ներկայիս միջոցով բջջի կարող է լինել միայն մի դեպք արտահոսքի դրանում Էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների. Եթե exothermic ռեակցիայի մեջ խցում, Peltier ջերմային ազատ է արձակվել է խցում, քանի որ ավելի նա գնալու տեղ չունի. Եթե արձագանքը բջջային endothermic, որ Peltier ջերմային ամբողջությամբ կամ մասամբ փոխհատուցելու համար endothermic ուժի, այսինքն, ձեւավորել արձագանքման արտադրանքը: Այս օրինակում, ընդհանուր բջջային արձագանքը: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, ուստի ջերմային (էներգիա), որ peltier է ստեղծել մոլեկուլները եւ Հ 2 O2, ձեւավորվում են էլեկտրոդների. Այսպիսով, մենք ձեռք, որ շոգին peltier ընտրված միջինից է աջ n-շփման կիսահաղորդչային / մետաղի ազատ չեն արձակվել ետ մեջ շրջակա միջավայրի, եւ պահվում է ձեւով քիմիական էներգիայի ջրածնի եւ թթվածնի մոլեկուլների. Ակնհայտ է, որ գործողությունը արտաքին լարման աղբյուրի սպառվում է էլեկտրոլիզի ջրի, այս դեպքում պետք է լինի ավելի փոքր է, քան այն դեպքում, նույնական էլեկտրոդի, պատճառելով ոչ դեպքը peltier ուժի ..

Անկախ նրանից, թե հատկությունների էլեկտրոդի է, electrolytic բջջային ինքնին կարող է կլանել կամ առաջացնում շոգին, երբ անցնող peltier ընթացիկ հիման. Այն գրեթե ստատիկ պայմանները, որ ներուժը փոփոխությունը Գիբսը բջիջների [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, որտեղ

Δ H - enthalpy փոփոխությունը խցում.

T - թերմոդինամիկական ջերմաստիճանը;

Δ S - փոփոխություն էնտրոպիայի խցում.

Q = - Տ Δ S - շոգին peltier խցում:

Համար ջրածնի եւ թթվածնի էլեկտրաքիմիական բանտախցում T = 298 (K), փոփոխության enthalpy ΔHpr = - 284.5 (կՋ / մոլ) [8, p. 120], որ փոփոխություն է Գիբսը ներուժը [4: ա. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (կՋ / մոլ), որտեղ

z - թիվն էլեկտրոնների մեկ մոլեկուլ.

F - Faraday հաստատունը,

E - EMF բջջային.

ուստի

Q պող = - T Δ S AVE = Δ G այլն - Δ H եւ այլն: = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (կՋ / մոլ)> 0,

այսինքն ջրածնի-թթվածնային Էլեկտրաքիմիական բջիջների ջերմություն է առաջացնում, որ peltier միջավայրում, իսկ բարելավելով իր էնտրոպիան ու իջեցնում: Այնուհետեւ, հակառակ գործընթացին, էլեկտրոլիզի ջրի, որը այն դեպքն է, մեր օրինակով, Peltier ջերմային Q ՊՆ = - Q պող = - 47.3 (կՋ / մոլ), որ էլեկտրալույծ կլինի կլանել է շրջակա միջավայրի.

Մատնանշում P - peltier շոգին վերցված միջավայրի իրավունքը n-շփման կիսահաղորդչային / մետաղական. Շոգը P> 0, պետք է կանգնել խցում, բայց քանի որ կազմալուծում ջրի բջջային endothermic ռեակցիայի (Δ H> 0), ապա Peltier ջերմային P է փոխհատուցել ջերմային ուժի ռեակցիայի:

Δ G հայերեն (Armenian) = (Δ H հայերեն - ժդ) + Q ՊՆ                                                                        (1)

ՊՆ Q կախված է միայն կազմի էլեկտրալույծ, քանի որ Դա բնորոշ է էլեկտրոլիտային խցում իներտ էլեկտրոդների, եւ n կախված է միայն էլեկտրոդների նյութերի.

Հավասարում (1) ցույց է տալիս, որ շոգին peltier P եւ peltier տաքացնում mod q են, արտադրությունը օգտակար աշխատանքի: այսինքն Peltier ջերմային վերցվում է միջին նվազեցնում է ծախսերը որպես արտաքին էներգիայի աղբյուր համար անհրաժեշտ էլեկտրոլիզի. Մի իրավիճակ, որտեղ ջերմության միջին մի աղբյուր էներգիայի համար արտադրության օգտակար աշխատանքի, բնորոշ ցրման, ինչպես նաեւ բազմաթիվ Էլեկտրաքիմիական բջիջները, նման տարրերի օրինակներ ցույց են տրվում [3, p. 248 - 249]:

հղումները

1. Գերասիմովին Ya. I. Իհարկե ֆիզիկական քիմիայի. Tutorial: Բուհերի. V 2 տ. T.II. - 2-րդ խմբ .. - Մ.: Քիմիա, Մոսկվա, 1973 թ. - 624 էջ.
2. Dashevskiy 3. Մ. Peltier ազդեցություն: // Ֆիզիկական հանրագիտարան. 5 մ. Տ III. Magneto - Poynting թեորեմ. / Ch. Խմբ. Ա. Մ. PROHOROV: Խմբ. հաշվել. DM Ալեքսեեւը, Ա. Մ. Baldin, AM Bonch-Bruevich, Ա. Borovik-Ռոմանով եւ ուրիշներ - Մ.: Մեծ Ռուսաստանի Հանրագիտարան, 1992 թ. - 672 էջ. - ISBN 5-85270-019-3 (3 մ.): ISBN 5-85270-034-7.
3. Կրասնովը KS Ֆիզիկական քիմիա: Է 2 գրքեր. Vol. 1. նյութի կառուցվածքի: Թերմոդինամիկա: Proc. ավագ դպրոցների, KS Կրասնովը, Ն. Կ. Vorobev, I. et al Godnev - 3-րդ խմբ .. - Մ.: Բարձրագույն. շբթ, 2001. - 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Կրասնովը KS Ֆիզիկական քիմիա: Է 2 գրքեր. Vol. 2. Էլեկտրաքիմիա: Քիմիական կինետիկա եւ կատալիզ: Proc. ավագ դպրոցների, KS Կրասնովը, ԼՂ Վորոբյովը I. N. Godnev et al. -3 խմբ., Տ. - Մ.: Բարձրագույն. շբթ, 2001. - 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV ընդհանրապես Իհարկե ֆիզիկայի. Tutorial: Բուհերի. 5 մ. T.III: Էլեկտրաէներգիայի. - 4 - րդ խմբ, կարծրատիպերը .. - M: FIZMATLIT; Հրատարակչություն ՄՖՏԻ, 2004 թ. - 656 էջ. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 մ.): 5-89155-086-5.
6. Tager Ա. Ա. Ֆիզիկական քիմիա պոլիմերների: - Մ.: Քիմիա, Մոսկվա, 1968 թ. - 536 էջ.
7. Vetter Կ. Էլեկտրաքիմիական կինետիկա, թարգմանված է գերմաներեն լեզվի հետ հեղինակի փոփոխությունների վերաբերյալ ռուսական հրատարակությունը, խմբ շտ. ԽՍՀՄ գիտությունների ակադեմիայի պրոֆ. Kolotyrkin ԵՔ - Մ.: Քիմիա, Մոսկվա, 1967 թ. - 856 էջ.
8. P. Atkins Ֆիզիկական քիմիա: 2 v. T.I., թարգմանվել է անգլերեն լեզվով քիմիական գիտությունների դոկտոր butin KP - Մ.: Միր, Մոսկվա, 1980 թ. - 580 էջ.