Mae gwaith defnyddiol gan y gwres yr Amgylchedd

Rhan 1. Mae rhai termau a diffiniadau.

Mae'r heddlu electromotif (emf) yn rhan annatod allanol dogn maes grym yn cynnwys ffynhonnell gyfredol ... grym allanol yn gweithredu yn electroplatio celloedd ar y ffiniau rhwng y electrolyt a'r electrodau. Maent hefyd yn gweithredu ar y ffin rhwng dau metelau annhebyg ac yn penderfynu ar y cyswllt gwahaniaeth potensial therebetween [5, t. 193, 191]. Swm neidiau potensial ar holl arwynebau o'r adran cylched yn hafal i'r gwahaniaeth potensial rhwng yr arweinyddion, a leolir ar ben y gadwyn, ac fe'i gelwir yn gylched arweinydd emf grym electromotif ... cadwyn sy'n cynnwys dim ond o arweinyddion y math cyntaf yn hafal i'r naid posibl rhwng y cyntaf a'r arweinydd olaf yn uniongyrchol gysylltu â nhw (cyfraith Volta) ... Os bydd y gylched yn agored iawn, mae'r emf gylched hon yw sero. Cywiro'r arweinydd-cylched agored, sy'n cynnwys o leiaf un electrolyt, folt gyfraith berthnasol ... Yn amlwg, dim ond cylched arweinydd sy'n cynnwys o leiaf un arweinydd yr ail fath yn cael eu celloedd electrocemegol (neu gadwyni elfennau electrogemegol) [1, t. 490-491].

Polyelectrolytes yn bolymerau gallu dissociating i ïonau mewn hydoddiant, a thrwy hynny yn yr un macromolecule, mae nifer fawr o daliadau ... polyelectrolytes crosslinked (cyfnewidwyr ion, cylchol cyfnewid ïonau resin) ddim yn toddi, dim ond chwyddo, gan gadw'r gallu i datgysylltu [6, t. 320-321]. Polyelectrolytes datgysylltu i macroion gwefr negatif a elwir yn ïonau H + yn polyacids ac daduno'n mewn i ïonau â gwefr bositif ac OH- macroion enw poliosnovaniyami.

Donnan potensial ecwilibriwm yw'r gwahaniaeth potensial sy'n digwydd ar y ffin cam rhwng y ddau electrolytau os nad yw terfyn hwn yn athraidd i bob ïonau. Gall cyfyngiadau anathreiddedd ar gyfer rhai ïonau gael ei achosi, er enghraifft, presenoldeb pilenni gyda mandyllau cul iawn sy'n amhosib i ronynnau fwy na maint penodol. athreiddedd Dewisol y rhyngwyneb yn digwydd ac os oes unrhyw ïonau cysylltiedig mor gryf ag un o'r cyfnodau sy'n gadael yn gyffredinol ni all. Yn union ymddwyn resinau cyfnewid ïon ïonig, neu grŵp cyfnewid ïonau bond homopolar yn y ddellten moleciwlaidd neu fatrics sefydlog. Yr ateb, bod y tu mewn ffurflenni matricsau o'r fath ynghyd ag ef un cyfnod; ateb, lleoli y tu allan, - yr ail [7. 77].

Mae'r haen ddwbl trydan (EDL) yn digwydd ar ryngwyneb y ddau gam a osodwyd o haenau a godir oppositely waredu ar bellter penodol oddi wrth ei gilydd [7. 96].

Peltier effaith ynysu hwn neu amsugno gwres yn y cyswllt dau dargludyddion gwahanol yn dibynnu ar y cyfeiriad y cerrynt trydan yn llifo trwy'r cyswllt [2, t. 552].

Rhan 2: Gan ddefnyddio'r cyfrwng gwres yn y electrolysis o ddŵr.

Ystyriwch y mecanwaith o achosion o gylchdaith y gell electrogemegol (elfen ati yma wedi hyn), a ddangosir schematically yn Ffig. 1, yn fwy emf oherwydd y cyswllt mewnol gwahaniaeth potensial (PKK) ac effaith Donnan (disgrifiad byr o hanfod yr effaith Donnan, PKK mewnol a gwres Peltier cysylltiedig yn cael ei ddarparu yn y drydedd ran o'r erthygl).

Ffig. 1. Sgematig cynrychiolaeth o cell electrocemegol: 1 - mae'r cathod yn cysylltu gyda chymysgedd o 3, mae'r adwaith electrogemegol lleihau y catïonau electrolyt yn digwydd ar ei wyneb, a wnaed o gemegol anadweithiol doped drwm n-lled-ddargludyddion. Mae rhan o'r catod chysylltu i ffynhonnell foltedd allanol, metallized; 2 - yr anod yn cysylltu gyda chymysgedd o 4, ar yr wyneb o hynny yn digwydd adwaith ocsideiddio electrogemegol o'r anionau electrolyt, wedi'i wneud o gemegol anadweithiol doped drwm p-lled-ddargludyddion. Mae rhan o'r anod chysylltu i ffynhonnell foltedd allanol, metallized; 3 - R- gofod catod, ateb polyelectrolyte, dissociating mewn dŵr ar macroion gwefr negatif a counterions gwefr bositif K bach + (yn yr enghraifft presennol yw'r ïon hydrogen H +); 4 - anod ateb polyelectrolyte compartment mewn dŵr dissociating i mewn i R macroion gwefr bositif + a counterions gwefr negatif A- bach (yn yr enghraifft hon ei hydrocsid ïonau OH-); 5 - y bilen (diaffram), yn anhydraidd i macromoleciwlau (macroion) polyelectrolytes, ond yn gwbl athraidd i counterions bach K +, A- a moleciwlau dŵr a rennir gofod 3 a 4; Evnesh - ffynhonnell foltedd allanol.

emf trwy rym Donnan

Er mwyn eglurder, mae'r electrolyt y gofod catod (. 3, Ffigur 1) yn cael ei ddewis hydoddiant dyfrllyd polyacid (R-H +), mae'r electrolyt a'r adran anod (4, ffig 1.) - poliosnovaniya dyfrllyd (R + OH-). O ganlyniad i polyacids daduniad yn y compartment cathod, ger wyneb y catod (1, Ffig. 1), mae yna fwy o crynodiad H + ïonau. Nid yw gwefr bositif sy'n ymddangos yng nghyffiniau'r arwyneb cathod yn iawn macroions gwefr negatif R-, gan fod ni allant ddod yn agos at wyneb y catod oherwydd ei faint a phresenoldeb awyrgylch ïonig gwefr bositif (am fanylion gweler. Disgrifiad effaith Donnan yn Atodiad №1 o'r drydedd ran o'r erthygl). Felly, yr haen ffin ateb yn uniongyrchol mewn cysylltiad â'r arwyneb cathod mae wefr bositif. O ganlyniad, sesiwn sefydlu electrostatig ar wyneb cathod, gyffiniol gyda'r ateb, mae ffi negyddol y electronau dargludiad. hy ar y rhyngwyneb rhwng yr wyneb catod ac ateb DES digwydd. Maes y DES yn gwthio'r electronau o'r cathod - i'r ateb.

Yn yr un modd, ar yr anod (2, Ffig. 1), yr haen ffin o'r ateb yn yr adran anod (4, Ffig. 1) yn uniongyrchol mewn cysylltiad â'r arwyneb anod Mae gwefr negatif, ac ar yr wyneb anod, gyffiniol gyda'r ateb, mae yna wefr bositif. hy ar y rhyngwyneb rhwng yr wyneb anod a'r ateb hefyd yn digwydd DES. Maes y DES yn gwthio'r electronau o'r hydoddiant - yn anod.

Felly, mae'r maes DES wrth y rhyngwynebau y catod ac anod gyda'r ateb, a gefnogir thermol ateb ion tryledu, mae dau ffynhonnell gem mewnol, gan weithredu ar y cyd â ffynhonnell allanol, hy, wthio'r taliadau negyddol yn y ddolen gwrthglocwedd.

polyacids poliosnovaniya datgysylltiad a hefyd yn achosi trylediad thermol trwy'r bilen (5, Ffigur 1) H + ïonau o'r gofod cathodig -. i'r anod, ac ïonau OH- o'r compartment anod - a catod. Ni all Macroion R + a R- polyelectrolytes symud drwy'r bilen, felly mae'n oddi wrth y gofod cathod mae tâl negyddol dros ben, ac oddi wrth y gofod anodic - tâl gadarnhaol dros ben, hy, mae DPP arall oherwydd yr effaith Donnan. Felly, y bilen hefyd yn digwydd y tu mewn i'r gem, gan weithredu ar y cyd â ffynhonnell allanol o trylediad gwres a chynnal yr ateb o ïonau.

Yn ein enghraifft, gall y foltedd ar draws y bilen yn cyrraedd 0.83 folt, fel mae hyn yn cyfateb i newid yn y potensial electrod hydrogen safonol o - 0.83-0 folt yn y trawsnewid o cyfrwng alcalïaidd yn y compartment anod y compartment cathod amgylchedd asidig. Am fanylion, gweler. Yn Atodiad №1 o'r drydedd ran o'r erthygl.

emf PKK o'r tu mewn

Mae'r emf Elfen Mae'n digwydd, gan gynnwys yn y anod cyswllt lled-ddargludyddion a catod at eu rhannau metel sy'n gwasanaethu i gysylltu ffynhonnell foltedd allanol. Mae'r emf oherwydd PKK mewnol. Nid yw OS Fewnol yn creu, yn wahanol i'r cae allanol yn y gofod o amgylch y dargludyddion cyswllt, hy Nid yw'n effeithio ar y cynnig o ronynnau wedi'u gwefru tu allan i'r arweinyddion. Adeiladu n-lled-ddargludyddion / metel / p-ddargludyddion yn hysbys ddigonol ac yn cael ei ddefnyddio, er enghraifft, thermodrydanol modiwl Peltier. Mae maint y emf Gall strwythur o'r fath ar dymheredd ystafell yn cyrraedd gwerthoedd y drefn 0.4-0.6 folt [5, t. 459; 2, t. 552]. Meysydd gysylltiadau yn cael eu cyfeirio yn y fath fodd y maent yn gwthio electronau gwrthglocwedd yn y ddolen, h.y. gweithredu ar y cyd â'r ffynhonnell allanol. Mae'r electronau codi lefel ynni cyfrwng amsugno gwres y Peltier.

Mewnol IF sy'n codi oherwydd y trylediad o electronau yn ardaloedd cyswllt y electrodau a'r ateb, ar y groes, yn gwthio electronau yn y cyfeiriad clocwedd yn y ddolen. hy rhaid i'r cynnig o electronau yn y Elfen gwrthglocwedd yn y cysylltiadau hyn yn cael eu dyrannu gwres Peltier. ond oherwydd trosglwyddo electronau o'r catod i mewn i'r ateb ac o'r ateb yn yr anod yn cyd-fynd o reidrwydd gan adwaith endothermig cynhyrchu hydrogen ac ocsigen, nid gwres y Peltier ei ryddhau i'r cyfrwng, ac mae'n lleihau'r effaith endothermig, h.y. fel "cadw" yn y enthalpi ffurfio hydrogen ac ocsigen. Am fanylion, gweler. Yn Atodiad №2 trydedd ran yr erthygl.

cludwyr (electronau ac ïonau) symud i mewn Elfen cylched Nid yw llwybrau caeedig, nid dim tâl yn yr elfen yn symud mewn cylch cyfyng. Mae pob anod electron a gafwyd gan yr ateb (yn ystod ocsideiddio o ïonau OH- i foleciwlau ocsigen), ac yn pasio drwy gylched allanol i'r cathod, yn cael ei volatilized ynghyd â moleciwlau hydrogen (yn y broses o adennill ïonau H +). Yn yr un modd ïonau Nid yw OH- a H + yn symud mewn cylch cyfyng, ond dim ond i'r electrod cyfatebol, ac yna anweddu ar ffurf hydrogen moleciwlaidd ac ocsigen. hy ac mae'r ïonau ac electronau phob symud yn ei amgylchedd yn y maes cyflymu o CCA, a diwedd y llwybr, pan fyddant yn cyrraedd wyneb y electrod yn cael eu cyfuno yn y moleciwl, trosi y cyfan ynni stôr - egni bond cemegol, ac allan o'r ddolen!

Mae pob un o'r ffynonellau mewnol o emf Elfen, lleihau costau ffynhonnell allanol ar gyfer electrolysis dŵr. Felly, y gwres yr amgylchynol amsugno elfennau yn ystod ei weithrediad i gynnal lledaenu DES, yw lleihau cost y ffynhonnell allanol, hy, Mae'n cynyddu effeithlonrwydd electrolysis.

Electrolysis o ddwr heb unrhyw ffynhonnell allanol.

Wrth adolygu'r prosesau sy'n digwydd yn yr elfen a ddangosir yn Ffig. 1, nid yw paramedrau ffynhonnell allanol yn cael eu hystyried. Tybiwch fod y gwrthiant mewnol yn hafal i Rd a foltedd o 0. Fod Evnesh electrodau Elfen yn shorted i llwyth goddefol (gweler Ffig. 5). Yn yr achos hwn, mae'r cyfeiriad a maint o gaeau DES sy'n codi yn y rhyngwyneb yn yr elfennau yn aros yr un fath.

Ffig. 5. Yn lle Evnesh (Ffig. 1) gan gynnwys RL llwyth goddefol.

Pennu amodau llif cyfredol digymell yn yr elfen hon. Newid y potensial Gibbs, yn ôl y fformiwla (1) o Atodiad №1 o'r drydedd ran o'r erthygl:

Δ G tr = (H tr Δ - n) + Q mod

Os P> Δ H + Q mod mod = 284.5-47.2 = 237.3 (kJ / môl) = 1.23 (eV / moleciwl)

y tr Δ G <0 a phroses digymell yn bosibl.

Byddwn yn ystyried ymhellach y adwaith elfennau cynhyrchu hydrogen yn digwydd mewn cyfrwng asidig (potensial electrod o 0 foltiau), ac ocsigen mewn (potensial electrod o 0.4 folt) alcalïaidd. potensial electrod o'r fath yn darparu pilen (5, Ffig. 5), mae'r foltedd lle y dylai hyn fod yn 0.83 folt. hy yr ynni sydd ei angen ar gyfer ffurfio hydrogen ac ocsigen yn cael ei leihau gan 0.83 (eV / moleciwl). Yna bydd y cyflwr y posibilrwydd o broses digymell:

P> 1.23-0.83 = 0.4 (eV / moleciwl) = 77.2 (kJ / môl) (2)

Rydym yn gweld bod y rhwystr ynni'r hydrogen ac ocsigen moleciwlau y gellir eu hosgoi a heb ddefnyddio ffynhonnell foltedd allanol. hy hyd yn oed ar n = 0.4 (eV / moleciwl), hy pan fydd y electrod mewnol HPDC 0.4 folt, bydd yr elfen fod mewn cyflwr o gydbwysedd dynamig, a bydd unrhyw newid (hyd yn oed bach) o'r amodau cydbwysedd achosi cerrynt yn y gylched.

Rhwystr arall i'r adweithiau yn y electrodau yw'r egni actifadu, ond mae'n cael ei ddileu gan yr effaith twnnel, sy'n codi o ganlyniad i bychander y bwlch rhwng yr electrodau a'r ateb [7, t. 147-149].

Felly, ar sail ystyriaethau ynni, rydym yn dod i'r casgliad bod ar hyn o bryd yn ddigymell yn yr elfen a ddangosir yn Ffig. 5, mae'n bosibl. Ond beth resymau corfforol achosi presennol hwn? Mae'r rhesymau hyn yn cael eu rhestru isod:

1. Mae'r tebygolrwydd o drosglwyddo electronau o'r catod i mewn i'r ateb yn uwch na'r tebygolrwydd o newid o'r anod i mewn i'r ateb, gan fod n-ddargludyddion catod wedi llawer o electronau rhydd gyda lefel egni uchel, ac yr anod p-ddargludyddion - dim ond "tyllau", ac mae'r rhain yn "tyllau" ar lefel egni is na'r electronau cathod;

2. Mae'r bilen yn cael ei gefnogi yn y gofod catod o amgylchedd asidig, ac yn yr anod - alcalïaidd. Yn achos electrodau anadweithiol, mae hyn yn arwain at y ffaith bod potensial electrod cathod yn dod yn fwy na'r anod. O ganlyniad, mae'n rhaid i electronau symud drwy'r gylched allanol gan yr anod i'r catod;

3. Mae'r tâl wyneb y datrysiadau polyelectrolyte sy'n codi oherwydd effaith Donnan, yn creu yn y maes electrod / datrysiad fel bod y cae yn y cathod yn hyrwyddo cynnyrch electron o'r catod i mewn i'r ateb, ac mae'r cae yn yr anod - mynediad electron mewn i'r anod o'r hydoddiant;

4. cydbwysedd ymlaen a gwrthdroi'r adweithiau yn y electrodau (cyfnewid cerrynt) yn rhagfarnllyd tuag H + ïonau adweithiau gostyngiad uniongyrchol yn y catod ac ocsideiddio o ïonau OH- ar yr anod, gan fod maent yn mynd gyda ffurfio nwy (H2 ac O2) yn gallu hawdd gadael parth adwaith (Egwyddor Le Chatelier).

Arbrofion.

I gael gwerthusiad meintiol o'r foltedd ar draws y llwyth gan yr effaith Donnan, arbrawf ei pherfformio lle mae'r cathod Elfen yn cynnwys y carbon activated gyda'r electrod graffit allanol a anod - cymysgedd o garbon activated a anion resin AB-17-8 gyda'r electrod graffit allanol. Electrolyt - hydoddiant NaOH dyfrllyd, anod a catod lleoedd yn cael eu gwahanu gan ffelt synthetig. Ar electrodau allanol agored yr elfen hon wedi cael foltedd o tua 50 mV. Pan cysylltu â elfen o'r llwyth allanol 10 ohm sefydlog presennol o tua 500 microamps. Pan cynyddodd y tymheredd amgylchynol yn cynyddu 20-30 0C foltedd i'r electrod allanol i 54 mV. Cynyddu foltedd ar y tymheredd amgylchynol yn cadarnhau bod y ffynhonnell emf yn tryledu, h.y. cynnig thermol y gronynnau.

I gael gwerthusiad meintiol o'r foltedd ar draws y llwyth o'r HPDC arbrawf metel / lled-ddargludyddion mewnol ei gynnal lle mae'r cathod gell yn cynnwys powdr graffit synthetig gyda'r electrod graffit allanol a anod - powdr o carbid boron (B4C, p-lled-ddargludyddion) gyda'r electrod graffit allanol. Electrolyt - hydoddiant NaOH dyfrllyd, anod a catod lleoedd yn cael eu gwahanu gan ffelt synthetig. Ar electrodau allanol agored y elfen foltedd oedd tua 150 mV. Wrth gysylltu â'r llwyth allanol i'r elfen 50 kOhm foltedd gostwng i 35 mV., O'r fath yn foltedd gostyngiad cryf oherwydd y carbid boron cynhenid isel ac, o ganlyniad, mae gwrthiant mewnol uchel Elfen. Nid yw foltedd Ymchwilio yn erbyn tymheredd ar gyfer elfen o strwythur o'r fath yn cael ei wneud. Mae hyn oherwydd y ffaith bod, am lled-ddargludyddion, yn dibynnu ar ei gyfansoddiad cemegol, faint o gyffuriau ac eiddo eraill, y newid tymheredd mewn ffyrdd gwahanol y gall ddylanwadu ar ei lefel Fermi. hy Effaith tymheredd ar emf Elfen (cynnydd neu ostyngiad), yn yr achos hwn yn dibynnu ar y deunyddiau a ddefnyddir, felly nid yw hyn yn arbrawf dangosol.

Ar y pwynt hwn parhaodd arbrawf arall lle cell catod cael ei wneud o gymysgedd o bowdwr carbon activated a Ku-2-8 gyda'r electrod dur di-staen allanol a'r anod o gymysgedd o powdr carbon activated a resin anion AB-17-8 i'r electrod allanol gan dur di-staen. Electrolyt - hydoddiant dyfrllyd o NaCl, mannau anod a'r catod yn cael eu gwahanu gan synthetig yn teimlo. electrodau Allanol yr elfen hon â mis Hydref 2011 gallu byr cylched y Amedr goddefol. Presennol sy'n dangos amedr, tua diwrnod ar ôl tro, gostwng gan 1 mA - hyd at 100 MKA (sydd yn ôl pob golwg oherwydd y polareiddio y electrodau), ac ers na, mwy na blwyddyn yn newid.

Mewn arbrofion ymarferol a ddisgrifir uchod mewn cysylltiad â deunyddiau anhygyrchedd canlyniadau mwy effeithiol a gafwyd yn sylweddol is nag bosibl mewn egwyddor. Yn ogystal, byddwch yn ymwybodol bod y rhan o gyfanswm y gem mewnol Elfen bob amser yn bwyta am gynnal yr adwaith electrod (cynhyrchu hydrogen ac ocsigen) ac ni ellir ei fesur yn y gylched allanol.

Casgliad.

Wrth grynhoi, gallwn ddod i'r casgliad bod natur yn ein galluogi i drosi ynni thermol yn egni defnyddiol neu waith, wrth ddefnyddio fel "gwresogydd" amgylchedd ac nad oes ganddynt "oergell". Felly effaith Donnan a mewnol IF trosi ynni thermol y gronynnau godir yn y ynni maes trydanol DEL fel y gwres adwaith endothermig ei drawsnewid yn egni cemegol.

Ystyriwyd elfen gyswllt defnyddio gwres o'r canolig a dŵr, ac yn dyrannu pwer trydan, hydrogen ac ocsigen! Ar ben hynny, mae'r broses o defnydd o ynni a'r defnydd o hydrogen fel tanwydd, ac mae'r dŵr yn dychwelyd yn ôl i'r cyfrwng gwres!

Mae Rhan 3 o'r Atodiad.

Mae'r rhan hon yn cael ei drafod effaith cydbwysedd Donnan ymhellach, ar gyffordd y metel HPDC / lled-ddargludyddion mewnol a gwres Peltier ar adweithiau rhydocs a potensialau electrod yn yr elfen.

potensial Donnan (Atodiad №1)

Ystyriwch y mecanwaith o achosion o botensial Donnan am polyelectrolyte. Ar ôl counterions polyelectrolyte datgysylltiad dechrau ar ei bach, trwy drylediad, gan adael y cyfaint a feddiannir gan y macromolecule. trylediad cyfeiriadol o counterions o macromoleciwlau polyelectrolyte cyfaint bach yn y toddydd o ganlyniad i gynnydd yn canolbwyntio y rhan fwyaf o'r macromolecule o'i gymharu â gweddill y datrysiad. Ymhellach, os, er enghraifft, counterions bach yn cael eu gwefr negatif, mae hyn yn arwain at fod y rhan mewnol y macromolecule cael gwefr bositif, ac mae'r ateb yn union gerllaw'r cyfaint y macromolecule - negyddol. hy o gwmpas cyfrol macroion gwefr bositif, mae yna rhyw fath o "awyrgylch ion" y gwrth-ïonau bach - gwefr negatif. Terfynu twf tâl awyrgylch ïonig yn digwydd pan fydd y cae electrostatig rhwng y cyfaint ion atmosffer macroion a balansau y trylediad thermol counterions bach. Mae'r cydbwysedd gwahaniaeth potensial sy'n deillio rhwng yr atmosffer a'r macroions ïonig yn Donnan potensial. potensial Donnan cyfeirir ato hefyd fel potensial bilen, gan fod sefyllfa debyg yn digwydd ar bilen semipermeable, er enghraifft, pan fydd yn gwahanu'r ateb electrolyt sydd â ïonau dau fath - alluog ac nid yn gallu pasio therethrough y toddydd pur.

Gellir potensial Donnan yn cael ei ystyried fel achos sy'n cyfyngu ar botensial tryledu, pan fydd y symudedd o un o ïonau (yn yr achos hwn macroion) yn sero. Yna, yn ôl [1, t. 535], gan gymryd gofal am cownter gyfartal i un:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), lle

Ed - potensial Donnan;

R - gyson nwy cyffredinol;

T - tymheredd thermodynamic;

F - Faraday gyson;

a1, a2 - gwrth-weithgaredd yn y cyfnodau cyswllt.

Yn aelod hwn, yn yr hwn y bilen gwahanu atebion poliosnovaniya (pH = Lg 1 = 14) a polyacid (pH = Lg 2 = 0), potensial Donnan ar draws y bilen ar dymheredd ystafell (T = 300 0 K) yn:

E d = (RT / F) (Lg o 1 - Lg a 2) Ln (10) = (8.3 * 300/96500) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 folt

Donnan cynnydd posibl mewn cyfrannedd union i'r tymheredd. Ar gyfer trylediad y gell electrocemegol Peltier gwres yw'r unig ffynhonnell ar gyfer cynhyrchu gwaith defnyddiol, nid yw'n syndod bod elfennau megis EMF cynyddu gyda cynyddol tymheredd. Mewn cell trylediad ar gyfer cynhyrchu gwaith, Peltier gwres yn cael ei gymryd bob amser o'r amgylchedd. Pan fydd llifoedd presennol drwy'r EDL ffurfio Donnan effaith, i gyfeiriad cyd-daro â chyfeiriad cadarnhaol y maes DES (hy, pan fydd y maes DES perfformio gwaith cadarnhaol), gwres yn cael ei amsugno o'r amgylchedd ar gyfer cynhyrchu papur hwn.

Ond yr elfen trylediad yn newid yn barhaus ac yn Uncyfeiriad mewn crynodiad ïonau, yn y pen draw yn arwain at y cydraddoli ganolbwyntio a stopio trylediad cyfarwyddo, yn wahanol cydbwysedd Donnan, wherein, mewn achos o ollyngiadau cerrynt quasistatic crynodiad ïonau, unwaith wedi cyrraedd gwerth penodol, yn parhau i fod heb ei newid .

Ffig. 2 yn dangos diagram o'r potensial rhydocs o'r adweithiau o hydrogen ac ocsigen wrth newid asidedd y datrysiad. Mae'r siart yn dangos bod y potensial electrod yr adwaith ffurfiant ocsigen yn absenoldeb ïonau OH- (1.23 folt mewn amgylchedd asidig) yn wahanol i'r un potensial yn crynodiad uchel (0.4 folt mewn cyfrwng alcalïaidd) am 0.83 folt. Yn yr un modd, mae'r potensial electrod hydrogen o adwaith sy'n ffurfio yn absenoldeb H + (-0.83 folt mewn cyfrwng alcalin) yn wahanol i'r un potensial yn crynodiad uchel (0 V mewn cyfrwng asid), hefyd ar 0.83 folt [4. 66-67]. hy Mae angen amlwg bod 0.83 folt er mwyn cael crynodiad uchel o ddŵr yn y ïonau perthnasol. Mae hyn yn golygu bod angen 0.83 folt ar gyfer màs o daduniad niwtral o foleciwlau dŵr i mewn H + ac ïonau OH-. Felly, os bydd y bilen yn cael ei gefnogi yn ein Elfen gofod catod cyfrwng asidig ac mewn anodic alcalïaidd, gall y foltedd gyrraedd ei DEL 0.83 folt, sydd mewn cytundeb da gyda'r cyfrifiadau damcaniaethol a gyflwynwyd yn gynharach. Mae'r foltedd yn darparu gofod dargludedd uchel DES bilen trwy daduniad dŵr i mewn ïonau fewn.

Ffig. 2. Diagram potensial adwaith rhydocs

dadelfeniad o ddŵr, ac ïonau H + a OH- i hydrogen ac ocsigen.

IF a Peltier gwres (Atodiad №2)

"Mae achos yr effaith Peltier yw bod ynni cyfartalog y cludwyr tâl (ar gyfer electronau definiteness) cymryd rhan yn y dargludedd trydanol mewn gwahanol dargludyddion o wahanol ... Yn y cyfnod pontio o un arweinydd i mewn i electron arall neu drosglwyddo grid pŵer gormodol neu ychwanegu ddiffyg egni ar ei draul (yn dibynnu ar gyfeiriad cyfredol).

Ffig. 3. Yr effaith Peltier ar y metel cyswllt a'r lled-ddargludyddion n-: ԐF - Lefel Fermi; ԐC - waelod y band dargludiad y lled-ddargludyddion; ԐV - band falens; I - cyfeiriad cadarnhaol o bryd; cylchoedd gyda saethau a ddangosir schematically electronau.

Yn yr achos cyntaf ger y cyswllt yn cael ei ryddhau, a'r ail - yr hyn a elwir amsugno .. Peltier gwres. Er enghraifft, ar y lled-ddargludydd cyswllt - metel (Ffigur 3) egni'r electronau sy'n trosglwyddo o'r lled-ddargludydd-fath n i fetel (cyffwrdd y chwith) yn sylweddol uwch na'r ԐF ynni Fermi. Felly, maent yn tarfu ar y cydbwysedd thermol yn y metel. Cydbwysedd yn cael ei adfer o ganlyniad i wrthdrawiadau, lle thermalized electronau, gan roi crisialog ynni dros ben. grid. Gall y metel lled-ddargludyddion (cyffwrdd ar y dde) yn pasio dim ond yr electronau mwyaf egnïol, fel bod nwy electron yn y metel yn oeri. Ar adfer y cydbwysedd dosbarthu dellt a ddefnyddir ynni oscillation "[2, t. 552].

I gysylltu â'r sefyllfa metel / p-lled-ddargludyddion yn debyg. oherwydd tyllau lled-ddargludyddion p-dargludedd darparu ei fand falens sydd o dan y lefel Fermi, yna bydd y cysylltiad yn cael ei oeri, lle mae electronau yn llifo o'r p-lled-ddargludyddion i'r metel. Peltier gwres ryddhau neu ei amsugno gan y cyswllt dau ddargludyddion, o ganlyniad i gynhyrchu negyddol neu gadarnhaol o'r IF mewnol.

Yn gynwysedig yn y bwlch cyswllt chwith (Ffig. 3), y mae'r dyraniad Peltier gwres, cell electrolytig, er enghraifft, hydoddiant dyfrllyd NaOH (Ffigur 4) a lled-ddargludyddion metel a n-gadael iddo fod yn gemegol anadweithiol.

Ffig. 4. Y cyswllt ar y chwith n-lled-ddargludyddion ac mae'r metel yn agored a'i osod yn y bwlch o'r ateb electrolyt. Dynodiadau yr un fath ag yn Ffig. 3.

Oherwydd, pan fydd llif cyfredol «i mi», y lled-ddargludyddion o n-electronau mewn ynni uwch yn cyrraedd datrysiad na dod allan o'r hydoddiant yn y metel, rhaid i hyn ynni dros ben (gwres Peltier) yn sefyll yn y gell.

Efallai y bydd y presennol drwy'r gell fod dim ond yn achos o ollyngiadau ynddo adweithiau electrogemegol. Os yw'r adwaith ecsothermig yn y gell, y gwres Peltier cael ei ryddhau yn y gell, fel y mwy ganddi unman i fynd. Os yw'r adwaith yn y gell - endothermig, y gwres Peltier yn gyfan gwbl neu'n rhannol i wneud iawn am yr effaith endothermig, hy, i ffurfio cynnyrch adwaith. Yn yr enghraifft hon, cyfanswm yr adwaith cell: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermig, felly mae'r gwres (egni) o'r Peltier yw creu moleciwlau a H2 O2, yn cael eu ffurfio ar yr electrodau. Felly, rydym yn cael nad oedd y gwres yr Peltier a ddewiswyd yn ganolig yn y dde n-gyswllt lled-ddargludyddion / metel yn cael ei ryddhau yn ôl i'r amgylchedd, ac yn cael ei storio ar ffurf egni cemegol o hydrogen ac ocsigen moleciwlau. Yn amlwg, gweithrediad y ffynhonnell foltedd allanol yn cael ei fwyta ar gyfer electrolysis o ddŵr, yn yr achos hwn bydd yn llai nag yn achos electrodau union yr un fath, gan achosi unrhyw achosion o effaith Peltier ..

Waeth beth fo'r nodweddion y electrodau, gall y gell electrolytig hun amsugno neu gynhyrchu gwres wrth basio drwy'r Peltier hynny ar hyn o bryd. Mae'r amodau lled-sefydlog, y newid posibl y celloedd Gibbs [4, t. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, lle

Δ H - newid enthalpi y gell;

T - tymheredd thermodynamic;

Δ S - newid yn y entropi y gell;

Q = - T Δ S - gwres y gell Peltier.

Am cell electrocemegol hydrogen-ocsigen yn T = 298 (K), y newid mewn enthalpi ΔHpr = - 284.5 (kJ / môl) [8, t. 120], y newid yn y Gibbs potensial [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96,485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / môl), lle

z - nifer yr electronau bob moleciwl;

F - Faraday gyson;

E - emf cell.

felly

Q ave = - T Δ S ave = Δ G etc. - Δ H ac ati = - 237.3 + 47.2 = 284.5 (kJ / môl)> 0,

hy hydrogen-ocsigen cell electrocemegol cynhyrchu gwres yn yr amgylchedd Peltier, tra'n gwella ei entropi a gostwng ei. Yna, yn y broses gwrthdro, mae'r electrolysis o ddŵr, sef yn wir yn ein enghraifft, Peltier gwres Q mod = - Q ave = - Bydd 47.3 (kJ / môl) o'r electrolyt cael ei amsugno o'r amgylchedd.

Dynodi P - Peltier gwres a gymerwyd o'r amgylchedd yn y dde n-gyswllt lled-ddargludyddion / metal. Mae'n rhaid i'r P gwres> 0 yn sefyll yn y gell, ond oherwydd dadelfeniad o ddŵr yn y gell adwaith endothermig (Δ H> 0), y gwres Peltier P yw i wneud iawn am yr effaith thermol yr adwaith:

Δ G tr = (H tr Δ - n) + Q mod                                                                        (1)

Mod Q yn dibynnu yn unig ar gyfansoddiad y electrolyt, gan fod Mae'n nodweddiadol o'r gell electrolytig gyda electrodau anadweithiol, ac n yn dibynnu yn unig ar y deunyddiau electrod.

Hafaliad (1) yn dangos bod y gwres yr Peltier P a Peltier gynhesu mod Q, yn cynhyrchu gwaith defnyddiol. hy Peltier gwres gymryd i ffwrdd oddi wrth y cyfrwng yn lleihau cost ffynhonnell pŵer allanol sy'n ofynnol ar gyfer electrolysis. Sefyllfa lle cyfrwng gwres yn ffynhonnell o ynni ar gyfer cynhyrchu gwaith defnyddiol, yn nodweddiadol o tryledu, yn ogystal ag ar gyfer llawer o gelloedd electrocemegol, enghreifftiau o elfennau o'r fath yn cael eu dangos yn [3, t. 248-249].

cyfeiriadau

1. Gerasimov Ya. Cwrs I. cemeg ffisegol. Tutorial: Ar gyfer prifysgolion. V 2 t. T.II. - 2il ed .. - M:. Cemeg, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier effaith. // encyclopedia Ffisegol. Ym 5 m. T. III. Magneto - Poynting theorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. cyfrif. DM Alekseev, A. M. Baldin, AC bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov ac eraill - M:.. Gwyddoniadur Great Rwsia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Cemeg Ffisegol. Yn 2 lyfr. Vol. 1. Strwythur Mater. Thermodynameg: Proc. i ysgolion uwchradd; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3ydd arg .. - M:. Uwch. wythnos, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Cemeg Ffisegol. Yn 2 lyfr. Vol. 2. Electrochemistry. cineteg gemegol a catalysis: Proc. i ysgolion uwchradd; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 gol., Parch - M:. Uwch. wythnos, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Cwrs cyffredinol Sivukhin DV ffiseg. Tutorial: Ar gyfer prifysgolion. Ym 5 m. T.III. Trydan. - 4ydd ed, stereoteipiau .. - M: FIZMATLIT;. Cyhoeddi tŷ yr MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. cemeg ffisegol polymerau. - M:. Cemeg, Moscow, 1968. - 536 p.
7. cineteg Vetter K. electrogemegol, cyfieithu o'r iaith Almaeneg gyda diwygiadau yr awdur i rifyn Rwsia, a olygwyd gan Corr. Undeb Sofietaidd Academi y Gwyddorau prof. Kolotyrkin YM - M:. Cemeg, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Cemeg Ffisegol. Mewn 2 v. T.I., cyfieithu o'r Saesneg y meddyg o gwyddorau cemegol ysbail KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 p.