Gawé kapaké ku panas Lingkungan anu

Bagian 1. Sababaraha istilah na definisi.

The gaya éléktromotif (emf) nyaéta bagian médan gaya éksternal integral Wanadri sumber ayeuna ... gaya éksternal akting di electroplating sél dina wates antara éléktrolit jeung éléktroda. Éta ogé beroperasi dina wates antara dua logam dissimilar tur nangtukeun kontak poténsi bédana therebetween [5, p. 193, 191]. Jumlah jumps potentials on sadayana surfaces sahiji bagian circuit sarua jeung béda poténsial antara konduktor, ayana di ranté tungtung, sarta disebut éléktromotif gaya emf konduktor circuit ... ranté diwangun ngan sahiji konduktor sahiji jenis munggaran sarua jeung luncat poténsial antara mimiti jeung konduktor panungtungan dina langsung ngahubungan aranjeunna (hukum Volta) ... Mun sirkuit anu leres kabuka, emf nu circuit ieu sarua jeung nol. Pikeun ngabenerkeun konduktor buka-circuit nu ngawengku sahanteuna hiji éléktrolit, volt hukum lumaku ... Jelas, ngan konduktor circuit Wanadri sahanteuna hiji konduktor sahiji jenis kadua nyaéta sél éléktrokimia (atawa ranté elemen éléktrokimia) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes ngarupakeun polimér sanggup dissociating kana ion na leyuran, sahingga dina makromolekul sarua, angka nu gede ngarupakeun biaya ... polyelectrolytes crosslinked (exchanger ion, ngulang deui résin ion-tukeur) teu ngaleyurkeun, ngan ngabareuhan, bari tetep ngaropéa kamampuhan pikeun dissociate [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate kana macroion muatanana négatif sarta ion H + disebut polyacids na dissociates kana ion nu muatanana positif jeung OH- macroion disebut poliosnovaniyami.

Donnan poténsi kasatimbangan nyaéta béda poténsial nu lumangsung di wates fase antara dua éléktrolit lamun wates ieu teu permeabel ka sadaya ion. wates Impermeability pikeun sababaraha ion bisa jadi dibalukarkeun, contona, ayana mémbran jeung pori pisan sempit nu diliwatan pikeun partikel luhureun hiji ukuran nu tangtu. perméabilitas selektif tina panganteur anu lumangsung sarta lamun ion sagala jadi niatna numbu ka salah sahiji fase yén ninggalkeun eta umumna mah tiasa. Persis kalakuanana résin bursa ion ionik, atawa grup ion-tukeur dibereskeun beungkeut homopolar di kisi molekular atawa matrix. Leyuran, keur di jero bentuk matrices misalna bareng jeung hiji fase tunggal; solusi, ayana di luar, - nu kadua [7. 77].

Lapisan ganda listrik (EDL) ieu tumiba di panganteur tina dua fase diatur lapisan boga muatan oppositely disposed dina jarak nu tangtu tina saling [7. 96].

Peltier pangaruh isolasi ieu atawa nyerep panas di kontak dua konduktor béda gumantung kana arah arus listrik ngalir ngaliwatan kontak [2, p. 552].

Bagian 2: Make sedeng panas dina éléktrolisis cai.

Mertimbangkeun mékanisme lumangsungna sirkuit tina sél éléktrokimia (hereinafter unsur), ditémbongkeun schematically di Gbr. 1, langkung emf alatan potensi bédana kontak internal (PKK) jeung efek Donnan (pedaran ringkes hakekat efek Donnan, PKK internal tur pakait panas Peltier geus disadiakeun dina bagian katilu artikel).

Gbr. 1. ngagambarkeun Schematic tina hiji sél éléktrokimia: 1 - katoda anu ngahubungi kalawan leyuran 3, anu réaksi réduksi éléktrokimia tina kation éléktrolit lumangsung dina pabeungeutannana, dijieunna tina hiji kimia mulya beurat doped n-semikonduktor. Bagian tina katoda nyambungkeun ka hiji sumber tegangan éksternal, metallized; 2 - anoda ieu ngahubungi kalawan leyuran 4, dina beungeut cai nu tujuanana lumangsung réaksi oksidasi éléktrokimia tina Anion éléktrolit, dijieunna tina kimia mulya beurat doped p-semikonduktor. Bagian tina anoda nyambungkeun ka hiji sumber tegangan éksternal, metallized; 3 - spasi katoda, leyuran polyelectrolyte, dissociating dina cai dina macroion R- négatip muatan na counterions boga muatan positif K leutik + (dina conto hadir teh ion hidrogén H +); 4 - anoda solusi kompartemen polyelectrolyte di cai dissociating kana muatan positif macroion Sunda + na counterions muatanana négatif A- leutik (dina conto kieu eta hidroksida ion OH-); 5 - mémbran (diafragma), nyaéta impermeable mun makromolekul (macroion) polyelectrolytes, tapi lengkep permeabel mun counterions leutik K +, A- jeung molekul cai dibagikeun spasi 3 jeung 4; Evnesh - hiji sumber tegangan éksternal.

Emf ku pangaruh Donnan

Pikeun kajelasan, anu éléktrolit tina spasi katoda (. 3, Gambar 1) ieu dipilih leyuran cai polyacid (R-H +), éléktrolit jeung kompartemen anoda (4, Gbr 1.) - poliosnovaniya cai (R + OH-). Salaku hasil tina polyacids disosiasi dina kompartemen katoda, deukeut beungeut katoda (1, Gbr. 1), aya hiji konsentrasi ngaronjat tina ion H +. muatan positif muncul di sakuriling beungeut katoda teu katembong muatanana négatif macroions R-, saprak aranjeunna moal bisa datangna deukeut beungeut katoda alatan ukuran sarta ayana atmosfir ionik boga muatan positif (pikeun detil tingali. Pedaran pangaruh Donnan di papiliun №1 sahiji bagian katilu artikel). Ku kituna, lapisan wates leyuran langsung di kontak kalayan beungeut katoda boga muatan positif. Hasilna, hiji induksi éléktrostatik dina beungeut katoda, contiguous kalawan leyuran, aya muatan négatip tina éléktron konduksi. ie di panganteur antara beungeut katoda jeung solusi DES lumangsung. Widang nu DES ngadorong éléktron ti katoda - mun solusi.

Nya kitu dina anoda (2, Gbr. 1), lapisan wates tina larutan dina kompartemen anoda (4, Gbr. 1) langsung di kontak kalayan beungeut anoda boga muatan négatip, sarta dina beungeut anoda, contiguous kalawan leyuran, aya muatan positif. ie di panganteur antara beungeut anoda na leyuran ogé lumangsung DES. Widang nu DES ngadorong éléktron ti leyuran - a anoda.

Ku kituna, widang DES di interfaces tina katoda jeung anoda kalawan leyuran, dirojong termal solusi ion difusi, aya dua sumber emf internal, akting dina konsér kalawan sumber éksternal, i.e., ngadorong biaya négatip di loop counterclockwise.

polyacids disosiasi poliosnovaniya sarta ogé ngabalukarkeun difusi termal ngaliwatan mémbran (5, Gambar 1) ion H + ti spasi cathodic -. mun anoda, sarta ion OH- ti kompartemen anoda - a katoda. Macroion Sunda + na R- polyelectrolytes teu bisa mindahkeun ngaliwatan mémbran, ku kituna ti spasi katoda aya hiji muatan négatip kaleuwihan, sarta ti spasi anodic - hiji muatan positif kaleuwihan, i.e., aya DPP sejen alatan pangaruh Donnan. Ku kituna, mémbran ogé lumangsung di jero emf nu, akting dina konsér kalawan sumber luar difusi panas sarta dijaga solusi ion.

Dina conto urang, tegangan meuntas mémbran bisa ngahontal 0,83 volt, sakumaha pakait jeung parobahan dina potensi baku éléktroda hidrogen tina - 0,83 nepi 0 volt dina transisi tina medium basa dina kompartemen anoda katoda kompartemen lingkunganana asam. Pikeun rinci, tingali. Dina papiliun №1 sahiji bagian katilu artikel.

Emf PKK ti jero

The Unsur emf Ieu lumangsung, kaasup dina anoda kontak semikonduktor sarta katoda pikeun bagian logam maranéhna porsi nyambung sumber tegangan éksternal. emf ieu alatan PKK internal. Internal IF teu nyieun, kontras jeung widang éksternal dina spasi sakurilingna éta konduktor kontak, i.e. Teu mangaruhan gerak partikel boga muatan luar konduktor. Konstruksi n-semikonduktor / logam / p-semikonduktor ieu sahingga dipikawanoh tur dipaké, contona, hiji thermoelectric modul Peltier. Gedéna emf nu struktur misalna dina suhu kamar bisa ngahontal nilai tina urutan tina 0,4 - 0,6 volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Widang dina kontak diarahkeun dina cara sapertos nu aranjeunna nyorong éléktron counterclockwise di loop anu, i.e. polah di konsér jeung sumber éksternal. Éléktron ngangkat tingkat énergi anu sedeng nyerep panas ti Peltier.

Internal IF timbul alatan difusi éléktron di wewengkon kontak tina éléktroda na leyuran, sabalikna, ngadorong éléktron dina arah jarum jam dina loop anu. ie gerak éléktron dina Unsur counterclockwise di kontak ieu kudu disadiakeun Peltier panas. tapi kusabab alih éléktron ti katoda kana solusi jeung tina larutan dina anoda ieu merta dibiruyungan hiji réaksi endothermic generating hidrogén jeung oksigén, panas tina Peltier henteu dileupaskeun ka sedeng, sarta nyaéta pikeun ngurangan éfék endothermic, i.e. kawas "lestari" dina enthalpy tina formasi hidrogén jeung oksigén. Pikeun rinci, tingali. Dina papiliun №2 bagian katilu artikel.

operator (éléktron jeung ion) dipindahkeun dina Unsur circuit moal jalur katutup, teu muatan dina unsur henteu pindah dina sirkuit katutup. Unggal anoda éléktron dicandak ti leyuran (dina kursus oksidasi ion OH- ka molekul oksigén), sarta dialirkeun hiji sirkuit éksternal ka katoda, ieu volatilized bareng jeung molekul hidrogén (dina prosés recovery ion H +). Nya kitu ion OH- na H + ulah gerak dina sirkuit katutup, tapi ngan ka éléktroda pakait, terus menguap dina bentuk hidrogén molekular jeung oksigén. ie sarta ion na éléktron tiap gerak dina lingkunganna dina widang accelerating of DES, sarta tungtung jalan, lamun aranjeunna ngahontal beungeut éléktroda nu digabungkeun dina molekul, ngarobah sakabéh énergi disimpen - énergi beungkeut kimia, sarta kaluar tina loop anu!

Sakabéh sumber internal tina emf Unsur, ngurangan waragad sumber éksternal pikeun éléktrolisis cai. Ku kituna, panas tina ambient nyerep elemen mangsa operasi -na pikeun mulasara difusi of DES, nyaéta pikeun ngurangan biaya sumber éksternal, i.e., Ieu ngaronjatkeun efisiensi éléktrolisis.

Éléktrolisis cai tanpa sumber éksternal.

Dina reviewing prosés kajadian dina unsur ditémbongkeun dina Gbr. 1, hiji parameter sumber éksternal teu dicandak kana rekening. Anggap yén lalawanan internal sarua jeung Rd sarta tegangan 0. Éta Evnesh éléktroda unsur anu shorted ka beban pasif (tingali Gbr. 5). Dina hal ieu, arah jeung gedéna widang DES timbul dina panganteur di elemen tetep sarua.

Gbr. 5. Gantina Evnesh (Gbr. 1) kaasup beban RL pasif.

Nangtukeun kaayaan aliran ayeuna spontan dina unsur ieu. Ngarobah potensi Gibbs, nurutkeun rumus (1) tina papiliun №1 sahiji bagian katilu artikel:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + Q Emod

Mun P> Δ H + Q Emod Emod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (kJ / mol) = 1.23 (EV / molekul)

nu arr Δ G <0 sarta prosés spontan nya mungkin.

Urang bakal mertimbangkeun salajengna nu réaksi elemen generasi hidrogén lumangsung dina medium asam (poténsi éléktroda 0 volt), sarta oksigén dina (poténsi éléktroda tina 0,4 volt) basa. potentials éléktroda sapertos nyadiakeun mémbran (5, Gbr. 5), tegangan di mana ieu kedah 0,83 volt. ie energi nu diperlukeun pikeun pembentukan hidrogén jeung oksigén diréduksi ku 0.83 (EV / molekul). Lajeng kondisi kamungkinan prosés spontan bakal:

P> 1,23 - 0.83 = 0,4 (EV / molekul) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Urang neangan yén panghalang énergi molekul hidrogén jeung oksigén bisa nyingkahan sarta tanpa ngagunakeun sumber tegangan éksternal. ie malah dina n = 0,4 (EV / molekul), i.e. nalika éléktroda jero HPDC 0,4 volt Unsur bakal dina kaayaan kasatimbangan dinamis, tur sagala robah (sanajan leutik) tina kaayaan kasaimbangan bakal ngabalukarkeun arus dina sirkuit.

halangan séjén pikeun réaksi di éléktroda mangrupa énergi aktivasi tapi geus ngaleungitkeun ku pangaruh torowongan, timbul alatan smallness tina celah antara éléktroda na leyuran [7, p. 147-149].

Ku kituna, dina dasar pertimbangan énergi, urang disimpulkeun yen ayeuna spontan dina unsur ditémbongkeun dina Gbr. 5, mungkin wae. Tapi naon alesan fisik bisa ngabalukarkeun ayeuna kieu? alesan ieu nu dibéréndélkeun di handap:

1. kamungkinan transisi éléktron ti katoda kana solusi nu leuwih luhur ti kamungkinan transisi tina anoda kana leyuran, saprak n-semikonduktor katoda ngabogaan loba éléktron bébas sareng tingkat énergi tinggi, jeung anoda p-semikonduktor - hijina "liang", na ieu "liang" anu di hiji tingkat énergi handap éléktron katoda;

2. mémbran ieu dirojong di spasi katoda tina hiji lingkungan asam, sarta dina anoda - basa. Dina kasus éléktroda inert, ieu jadi marga pikeun kanyataan yén hiji poténsi katoda éléktroda janten leuwih badag batan anoda. Akibatna, éléktron kudu mindahkeun ngaliwatan hiji sirkuit éksternal ti anoda ka katoda;

3. muatan permukaan sahiji solusi polyelectrolyte timbul alatan pangaruh Donnan, nyiptakeun di éléktroda / widang solusi misalna yén médan di katoda promotes ngahasilkeun éléktron ti katoda kana leyuran, sarta widang di anoda - Éntri éléktron kana anoda tina solusi;

4. kasaimbangan gancang sareng ngabalikeun réaksi di éléktroda (arus bursa) bias arah ion H + réaksi réduksi langsung di katoda jeung oksidasi ion OH- dina anoda, saprak aranjeunna nu dibarengan ku dibentukna gas (H2 jeung O2) sanggup gampang ninggalkeun zone réaksi (Prinsipna Le Chatelier urang).

Percobaan.

Pikeun meunteun kuantitatif tina tegangan sakuliah beban ku pangaruh Donnan, hiji percobaan ieu dipigawé numana Unsur katoda diwangun ti karbon diaktipkeun jeung éléktroda grafit luar na hiji anoda - campuran karbon -na geus diaktipkeun tur résin anion AB-17-8 jeung éléktroda grafit luar. Éléktrolit - solusi NaOH, anoda na katoda spasi nu dipisahkeun ku ngarasa sintétis. Dina éléktroda éksternal buka tina unsur ieu miboga tegangan ngeunaan 50 mV. Lamun dihubungkeun jeung unsur tina beban éksternal 10 ohm dibereskeun kiwari kira 500 microamps. Sabot ambient nambahan hawa ti 20 nepi ka 30 0C tegangan jeung éléktroda éksternal ngaronjat ka 54 mV. Ngaronjatna tegangan dina suhu ambient confirms yén sumber emf nyaeta difusi, i.e. gerak termal partikel.

Pikeun meunteun kuantitatif tina tegangan sakuliah beban tina percobaan logam / semikonduktor HPDC jero ieu dipigawé numana katoda sél ngawengku bubuk grafit sintétik jeung éléktroda grafit luar na hiji anoda - a bubuk of boron carbide (B4C, p-semikonduktor) jeung éléktroda grafit luar. Éléktrolit - solusi NaOH, anoda na katoda spasi nu dipisahkeun ku ngarasa sintétis. Dina éléktroda éksternal buka harga tegangan unsur éta ngeunaan 150 mV. Nalika nyambungkeun beban éksternal ka tegangan unsur 50 kOhm turun nepi ka 35 mV., Saperti nurunna tegangan kuat alatan éta low carbide boron intrinsik jeung, sakumaha hasil, a internal Unsur lalawanan tinggi. tegangan panalungtikan versus hawa pikeun unsur struktur sapertos henteu dilumangsungkeun. Ieu alatan kanyataan yén, pikeun semikonduktor, gumantung kana komposisi kimia na, gelar tina cara nambahkeun atawa doping jeung pasipatan lianna, anu robah suhu dina cara béda bisa pangaruh tingkat Fermi na. ie Pangaruh hawa dina emf Unsur (kanaékan atanapi panurunan), dina hal ieu gumantung kana bahan dipake, jadi ieu teu percobaan indicative.

Dina titik ieu dinya terus percobaan sejen nu katoda sél dijieunna tina campuran bubuk karbon -na geus diaktipkeun tur KU-2-8 jeung luar éléktroda stainless steel sarta anoda tina campuran bubuk karbon -na geus diaktipkeun tur résin anion AB-17-8 ka éléktroda éksternal tina stainless steel. Éléktrolit - leyuran cai tina NaCl, anu anoda na katoda spasi nu dipisahkeun ku sintétik mangrupa dirasakeun. éléktroda éksternal unsur ieu kalawan Oktober 2011 téh bisa pondok-sirkuit ammeter pasif. Ayeuna nu nembongkeun hiji ammeter, ngeunaan poé sanggeus péngkolan, turun ku 1 Ma - nepi ka 100 mkA (nu tétéla alatan ka polarisasi ti éléktroda), sarta saprak lajeng leuwih ti sataun teu robah.

Dina percobaan praktis ditétélakeun di luhur dina sambungan jeung leuwih éféktif bahan inaccessibility hasilna diala substansi leuwih handap téoritis mungkin. Sajaba ti éta, bisa sadar yen bagian tina total emf internal Unsur salawasna dikonsumsi pikeun ngajaga réaksi éléktroda (produksi hidrogén jeung oksigén) jeung teu bisa diukur dina sirkuit éksternal.

Kacindekan.

Summing up, bisa dicindekkeun yén alam ngamungkinkeun urang pikeun ngarobah énérgi termal kana énergi mangpaat atawa gawe, bari maké salaku lingkungan "manaskeun" teu gaduh "kulkas". Kituna pangaruh Donnan sarta internal IF dirobah énergi termal partikel boga muatan dina énérgi médan listrik del sakumaha panas réaksi endothermic dirobah jadi énérgi kimia.

Dianggap unsur kontak meakeun panas ti sedeng jeung cai, sarta allocates kakuatan listrik, hidrogén jeung oksigén! Leuwih ti éta, prosés pamakéan énérgi sarta pamakéan hidrogén salaku suluh, sarta caina mulih deui ka sedeng panas!

Bagian 3 of papiliun nu.

bagian ieu salajengna dibahas pangaruh kasatimbangan Donnan, di simpang tina batin HPDC logam / semikonduktor sarta Peltier panas dina réaksi rédoks sarta potentials éléktroda dina unsur.

Poténsi Donnan (Appendix №1)

Mertimbangkeun mékanisme lumangsungna poténsi Donnan pikeun polyelectrolyte. Saatos counterions disosiasi polyelectrolyte ngawitan na leutik, ku difusi, ninggalkeun volume dikawasaan ku makromolekul nu. difusi arah tina counterions of makromolekul volume polyelectrolyte leutik di pangleyur nu disababkeun ku ngaronjat konsentrasi dina bulk of makromolekul sakumaha dibandingkeun kalawan sesa solusi. Salajengna, lamun, contona, counterions leutik nu muatanana négatif, hal ieu ngakibatkeun yen bagian jero makromolekul nu boga muatan positif, sarta solusi nya geuwat tepung wates jeung volume makromolekul nu - négatip. ie sabudeureun volume macroion boga muatan positif, aya jenis "atmosfir ion" tina counter-ion leutik - nu muatanana négatif. Terminasi pertumbuhan ionik muatan atmosfir lumangsung nalika widang éléktrostatik antara atmosfir macroion volume ion na balances nu difusi termal of counterions leutik. Anu dihasilkeun kasatimbangan poténsi bédana antara atmosfir jeung macroions ionik mangrupa poténsi Donnan. Poténsi Donnan ieu disebut ogé poténsial mémbran, sabab kaayaan sarupa lumangsung dina mémbran semipermeable, contona, lamun eta misahkeun solusi éléktrolit anu boga ion dua rupa - sanggup teu sanggup ngalirkeun therethrough sahiji pangleyur murni.

Poténsi Donnan bisa dianggap salaku hal ngawatesan sahiji potensi difusi, nalika mobilitas salah sahiji ion (dina hal ieu macroion) nyaeta nol. Lajeng, nurutkeun [1, p. 535], nyandak muatan tina counter sarua jeung hiji:

E d = (RT / F) LN ( A1 / A2), dimana

Ed - poténsi Donnan;

R - universal gas konstan;

T - hawa termodinamika;

F - Faraday konstan;

A1, A2 - counter-kagiatan dina fase kontak.

Dina anggota ieu, wherein mémbran misahkeun solusi poliosnovaniya (pH = LG a 1 = 14) jeung polyacid (pH = LG a 2 = 0), Donnan poténsi meuntas mémbran dina suhu kamar (T = 300 0 K) bakal jadi:

E d = (RT / F) (LG a 1 - LG a 2) LN (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * LN (10) = 0.83 volt

Donnan poténsi nambahan di Indonesia saimbang langsung ka hawa. Pikeun difusi sél éléktrokimia Peltier panas mangrupa dampal suku sumber pikeun ngahasilkeun karya mangpaat, teu heran elemen sapertos emf ngaronjatkeun kalayan ngaronjatna suhu. Dina sél difusi pikeun ngahasilkeun karya, Peltier panas sok dicokot tina lingkungan. Lamun aliran ayeuna ngaliwatan EDL kabentuk pangaruh Donnan, dina arah coinciding kalawan arah positif widang DES (i.e., nalika widang DES ngalakukeun usaha positif), panas anu diserep ti lingkungan pikeun produksi kertas ieu.

Tapi unsur difusi mangrupakeun robah kontinyu sarta unidirectional dina konsentrasi ion, nu pamustunganana ngabalukarkeun bébédaan tina konsentrasi jeung stopping diarahkeun difusi, kawas kasatimbangan Donnan, wherein, dina kasus konsentrasi ion arus quasistatic leaks, sakali sanggeus ngahontal hiji nilai nu tangtu, tetep unchanged .

Gbr. 2 nembongkeun diagram tina potentials rédoks tina réaksi hidrogén jeung oksigén lamun ngarobah kaasaman tina solusi. bagan ieu nunjukeun yen potensi éléktroda tina réaksi formasi oksigén dina henteuna ion OH- (1.23 volt dina lingkungan asam) mah béda ti poténsial sarua dina konsentrasi luhur (0,4 volt dina medium basa) di 0,83 volt. Nya kitu, potensi éléktroda tina réaksi hidrogén ngabentuk dina henteuna H + (-0.83 volt dina medium basa) mah béda ti poténsial sarua dina konsentrasi luhur (0 V dina medium asam), ogé di 0,83 volt [4. 66-67]. ie bukti yen 0,83 volt anu diperlukeun dina urutan pikeun ménta konsentrasi luhur cai di ion masing-masing. Ieu ngandung harti yén 0,83 volt anu diperlukeun pikeun massa disosiasi nétral molekul cai kana H + jeung ion OH-. Ku kituna, lamun mémbran ieu dirojong di sedeng asam Unsur spasi katoda kami sarta dina anodic basa, tegangan bisa ngahontal del 0,83 na volt, nu aya dina perjangjian alus jeung itungan teoritis dibere baheula. tegangan Ieu nyadiakeun spasi konduktivitas tinggi mémbran DES ku disosiasi cai kana ion dina eta.

Gbr. 2. Diagram potentials réaksi rédoks

dékomposisi tina cai, sarta ion + H na OH- kana hidrogén jeung oksigén.

IF jeung Peltier panas (Appendix №2)

"The ngabalukarkeun éfék Peltier nyaéta yén énergi rata tina operator muatan (pikeun éléktron definiteness) aub dina konduktivitas listrik di sagala rupa konduktor tina béda ... Dina transisi ti hiji konduktor kana éléktron lian atawa ngirimkeun kaleuwihan grid kakuatan atawa suplement kakurangan énérgi dina expense na (gumantung arah ayeuna).

Gbr. 3. Peltier pangaruh dina logam kontak jeung n- semikonduktor: ԐF - Tingkat Fermi; ԐC - handapeun band konduksi semikonduktor ti; ԐV - valénsi band; I - arah positif ayeuna; bunderan kalawan panah ditémbongkeun schematically éléktron.

Dina kasus nu pertama deukeut kontak nu dileupaskeun, sarta kadua - nu disebut diserep .. Peltier panas. Contona, dina semikonduktor kontak - logam (Gambar 3) énergi éléktron nu lulus ti n-tipe semikonduktor jeung logam (ditinggalkeun touch) nyaeta nyata leuwih luhur ti ԐF énergi Fermi. Kituna, aranjeunna violating nu kasatimbangan termal dina logam. Kasatimbangan ieu disimpen salaku hasil tina collisions, nu thermalized éléktron, mere kaleuwihan kristalin énergi. grid. Logam semikonduktor (touch katuhu) tiasa maot mung éléktron paling energetic, supaya gas éléktron dina logam cools. Dina restorasi sebaran kasatimbangan tina kisi dihakan tanaga osilasi "[2, p. 552].

Ngahubungan kaayaan logam / p-semikonduktor téh sarupa. margi p-konduktivitas liang semikonduktor nyadiakeun band valénsi na nu aya di handap tingkat Fermi, teras kontak nu bakal leuwih tiis, nu éléktron ngalir ti p-semikonduktor jeung logam. Peltier panas dileupaskeun atawa diserep ku kontak dua konduktor, alatan produksi négatip atanapi positif tina IF internal.

Kaasup dina celah kontak kénca (Gbr. 3), dina nu alokasi Peltier panas, hiji sél electrolytic, contona, leyuran cai NaOH (Gambar 4) jeung semikonduktor logam jeung n-hayu dinya jadi kimia mulya.

Gbr. 4. kontak kénca n-semikonduktor jeung logam kabuka sarta ditempatkeun dina celah sahiji solusi éléktrolit. Rancangan anu sarua dina Gbr. 3.

Kusabab, nalika aliran ayeuna «I», anu semikonduktor ti n-éléktron énergina leuwih anjog solusi ti datang kaluar leyuran dina logam, tanaga ieu kaleuwihan (panas Peltier) kudu nangtung di sél.

Arus liwat sél bisa jadi ngan mangrupa kasus leaks therein réaksi éléktrokimia. Mun réaksi exothermic dina sél, panas Peltier dileupaskeun dina sél, saperti langkung manehna boga nowhere mun balik. Mun réaksi dina jero sél - endothermic, panas Peltier téh kaluar liwat atawa sabagean pikeun ngimbangan efek endothermic, nyaéta pikeun ngabentuk produk réaksi. Dina conto ieu, réaksi sél total: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, jadi panas (energi) nu Peltier nya éta nyieun molekul jeung H2 O2, kabentuk dina éléktroda. Ku kituna, urang ménta nu panas tina Peltier dipilih di sedeng di katuhu n-kontak semikonduktor / logam teu dileupaskeun deui kana lingkungan, sarta disimpen dina bentuk énérgi kimia molekul hidrogén jeung oksigén. Jelas, operasi sumber tegangan éksternal anu dikonsumsi pikeun éléktrolisis cai, dina hal ieu bakal leuwih leutik batan dina kasus éléktroda idéntik, ngabalukarkeun henteu lumangsungna efek Peltier ..

Paduli sipat tina éléktroda, sél electrolytic sorangan bisa nyerep atawa ngahasilkeun panas nalika ngaliwatan Peltier thereto ayeuna. Kaayaanana kuasi-statis, nu robah poténsial sél Gibbs [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, mana

Δ H - robah enthalpy sél;

T - hawa termodinamika;

Δ S - robah dina éntropi sél;

Q = - T Δ S - panas sél Peltier.

Pikeun sél éléktrokimia hidrogén-oksigén dina T = 298 (K), anu robah di enthalpy ΔHpr = - 284.5 (kJ / mol) [8, p. 120], anu robah di Gibbs Poténsi [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / mol), dimana

z - jumlah éléktron per molekul;

F - Faraday konstan;

E - emf sél.

kituna

Q ave = - T Δ S ave = Δ G jsb - Δ H jsb = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

ie sél éléktrokimia hidrogén-oksigén dibangkitkeun panas dina lingkungan Peltier, bari ngaronjatkeun éntropi sarta nurunkeun anak. Lajeng, dina prosés tibalik, éléktrolisis cai, anu dina kasus di conto urang, Peltier panas Q Emod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) tina éléktrolit anu bakal diserep tina lingkungan.

Denote P - Peltier panas dicokot ti lingkungan di katuhu n-kontak semikonduktor / logam. Panas P> 0 kudu nangtung di sél, tapi kusabab dékomposisi tina cai dina sél réaksi endothermic (Δ H> 0), nu Peltier panas P nyaéta pikeun ngimbangan efek termal tina réaksi nu:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + Q Emod                                                                        (1)

Emod Q gumantung ngan kana komposisi éléktrolit, saprak Ieu mangrupakeun karakteristik sél electrolytic kalawan éléktroda inert, sarta n nyaeta gumantung ngan kana bahan éléktroda.

Persamaan (1) nunjukeun yen panas tina Peltier P jeung Peltier panas Emod Q, nu produksi gawe mangpaat. ie Peltier panas dibawa kabur ti sedeng ngurangan biaya hiji sumber kakuatan éksternal diperlukeun pikeun éléktrolisis. Hiji situasi mana nu sedeng panas nyaéta sumber énergi pikeun ngahasilkeun karya mangpaat, nyaéta karakteristik difusi, kitu ogé pikeun loba sél éléktrokimia, conto elemen sapertos nu ditémbongkeun dina [3, p. 248 - 249].

rujukan

1. Gerasimov Ya. Tangtu I. kimia fisik. Tutorial: Kanggo universitas. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Kimia, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. pangaruh M. Peltier. // énsiklopédia fisik. Dina 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorema. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. cacah. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov jeung nu lianna - M:.. Great Encyclopedia Rusia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS fisik Kimia. 2 buku. Vol. 1. Struktur Matéri. Térmodinamik: Proc. keur sakola luhur; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. dkk Godnev -. 3rd ed .. - M:. Tinggi. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS fisik Kimia. 2 buku. Vol. 2. Éléktrokimia. kinetik kimiawi na katalisis: Proc. keur sakola luhur; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Wahyu - M:. Tinggi. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV tangtu umum fisika. Tutorial: Kanggo universitas. Dina 5 m. T.III. Listrik. - 4 ed, stereotypes .. - M: FIZMATLIT;. Medarkeun imah tina MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. kimia fisik polimér. - M:. Kimia, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. éléktrokimia kinetik, ditarjamahkeun tina basa Jerman sareng amendments panulis pikeun édisi Rusia, diédit ku Corr. USSR Akademi Élmu prof. Kolotyrkin YM - M:. Kimia, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins fisik Kimia. 2 v. T.I., ditarjamahkeun tina basa Inggris ti dokter élmu kimia Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 p.