पर्यावरण उष्णता उपयुक्त कार्य

भाग 1 काही अटी आणि व्याख्या.

electromotive शक्ती (ईएमएफ) अविभाज्य बाह्य शक्ती क्षेत्रात भाग वर्तमान स्रोत ... बाह्य शक्ती इलेक्ट्रोलाइट्सचे आणि electrodes दरम्यान सीमा पेशी विद्युत् अभिनय समावेश आहे. ते दोन dissimilar धातू सीमारेषा वर ऑपरेट आणि therebetween [5 संपर्क संभाव्य फरक, पी निश्चित. 193, 191]. रक्कम बदलानुसार सर्किट विभाग सर्व पृष्ठभाग वर क्षमता साखळी संपतो येथे स्थित वाहक दरम्यान संभाव्य फरक, समान आहे, आणि electromotive शक्ती ईएमएफ मार्गदर्शक सर्किट म्हणतात ... फक्त पहिल्या प्रकारची वाहक होणारी साखळी पहिल्या आणि थेट त्यांना (व्होल्टा कायदा) संपर्क ... सर्किट योग्य उघडी असतील, तर ईएमएफ गेल्या मार्गदर्शक दरम्यान संभाव्य उडी समान आहे या सर्किट शून्य आहे. किमान एक इलेक्ट्रोलाइट्सचे, लागू कायद्यानुसार व्होल्ट ... अर्थात, फक्त मार्गदर्शक सर्किट दुसऱ्या प्रकारची किमान एक मार्गदर्शक समावेश विद्युत् पेशी (किंवा तुरुंगवास विद्युत् घटक) आहेत [1, पी, ज्यात उघडा सर्किट मार्गदर्शक, दुरुस्त करण्यासाठी. 490 - 491].

Polyelectrolytes, उपाय मध्ये आयन मध्ये dissociating सक्षम आलेला आहे अशा प्रकारे समान macromolecule मध्ये, आवर्ती शुल्क ... crosslinked polyelectrolytes (आयन exchangers, मोठ्या प्रमाणात आयन-विनिमय राळ) विरघळली नाही, केवळ, वेगळे करण्याची क्षमता [6, पी एकेरी करताना फुगणे. 320 - 321]. Polyelectrolytes नकारात्मक शुल्क आकारले macroion मध्ये वेगळे आणि हरभजन + ions polyacids म्हणतात आणि poliosnovaniyami म्हणतात सकारात्मक आरोप आयन आणि OH- macroion मध्ये dissociates आहेत.

Donnan समतोल संभाव्य दोन विद्युत दरम्यान फेज धावा उद्भवते की या मर्यादा सर्व आयन करण्यासाठी ज्यात द्रव झिरपू शकते नाही तर संभाव्य फरक आहे. काही आयन साठी Impermeability मर्यादा झाल्याने देखील होऊ शकते, उदाहरणार्थ, एक विशिष्ट आकार वरील कण साठी दुर्गम आहेत अतिशय अरुंद pores सह पडदा उपस्थिती. संवाद पसंतीचा प्रवेशा येते आणि कोणत्याही आयन जोरदार साधारणपणे सोडून करू शकत नाही टप्प्याटप्प्याने एक जोडले तर. नक्की ionic आयन विनिमय ऊष्मामृद वागणे, किंवा आयन-विनिमय गट आण्विक खिडकी किंवा मॅट्रिक्स मध्ये homopolar बॉण्ड निश्चित. उपाय, एकत्र एकाच टप्प्यात अशा सारणीच्या फॉर्म आत असल्याने उपाय, बाहेर स्थित, - दुसरा [7. 77].

विद्युत दुहेरी थर (EDL) एकमेकांना [7 पासून विशिष्ट अंतरावर निकाली oppositely आरोप थर सेट दोन टप्प्यांत इंटरफेस येणार्या आहे. 96].

Peltier संपर्क [2, पी वाहते विद्युत चालू दिशा अवलंबून दोन भिन्न वाहक संपर्क उष्णता या अलग किंवा शोषण परीणाम. 552].

भाग 2: पाणी विद्युतविघटन उष्णता मध्यम वापरणे.

विद्युत् सेल (यात यापुढे घटक) सर्किट घटना यंत्रणा, अंजीर मध्ये schematically दर्शविले विचार करा. 1, अधिक ईएमएफ अंतर्गत संपर्क संभाव्य फरक (PKK) आणि Donnan प्रभाव करण्यासाठी (Donnan परिणाम सार थोडक्यात वर्णन, अंतर्गत PKK आणि संबंधित Peltier उष्णता लेख तृतीयांश दिले आहे) मुळे.

अंजीर. एक विद्युत् सेल 1. स्वरुपाचा प्रतिनिधित्व: 1 - कॅथोड 3 एक उपाय सह संपर्क साधला, इलेक्ट्रोलाईट cations च्या विद्युत् घट प्रतिक्रिया त्याचे पृष्ठभाग, एक रासायनिक जड जोरदारपणे doped एन-सेमीकंडक्टर केली वर येऊ. कॅथोड बाह्य अनियमित स्रोत, metallized कनेक्ट एक भाग आहेत; 2 - धनाग्र 4 एक उपाय सह त्याचा इलेक्ट्रोलाइट्सचे anions, रासायनिक जड जोरदारपणे doped p-सेमीकंडक्टर केली च्या विद्युत् ज्वलन प्रतिक्रिया येऊ पृष्ठभाग, संपर्क साधला जाईल. धनाग्र बाह्य अनियमित स्रोत, metallized कनेक्ट एक भाग आहेत; 3 - कॅथोड जागा, polyelectrolyte उपाय, macroion पाणी dissociating नकारात्मक शुल्क आकारले R- आणि सकारात्मक आरोप counterions लहान के + (उपस्थित उदाहरणार्थ मध्ये हायड्रोजन आयन हरभजन + आहे); 4 - धनाग्र निराळा polyelectrolyte सकारात्मक शुल्क आकारले macroion आर + आणि नकारात्मक शुल्क आकारले counterions लहान अ मध्ये dissociating पाण्यात उपाय (या उदाहरणात सोडा आयन OH-); 5 - पडदा (कान), macromolecules (macroion) polyelectrolytes करण्यासाठी अच्छिद्र खडकात, पण लहान counterions के +, अ आणि पाणी molecules सामायिक केलेली जागा 3 आणि 4 पूर्णपणे ज्यात द्रव झिरपू शकते आहे; Evnesh - बाह्य व्होल्टेज स्रोत.

ईएमएफ Donnan परिणाम

पाण्यासारखा poliosnovaniya (आर + OH-) - स्पष्टतेसाठी, कॅथोड जागा (. 3, आकृती 1) इलेक्ट्रोलाइट्सचे पाण्यासारखा polyacid उपाय (आर-एच +), इलेक्ट्रोलाईट आणि धनाग्र निराळा (4, 1 अंजिराच्या) निवडले आहे. कॅथोड डब्यात मोकळा polyacids एक परिणाम म्हणून, कॅथोड (1, अंजीर. 1) पृष्ठभाग जवळ, तेथे हरभजन + ions वाढती एकाग्रता आहे. कॅथोड पृष्ठभाग परिसरात दिसणारी सकारात्मक शुल्क नकारात्मक आरोप macroions R- भरपाई नसल्यामुळे ते (तपशील पहा. सामीलीकरण №1 लेख एक तृतीयांश मध्ये वर्णन Donnan परिणाम) मुळे त्याच्या आकार आणि एक सकारात्मक आरोप ionic वातावरण उपस्थिती कॅथोड पृष्ठभाग जवळ येऊ शकत नाही. त्यामुळे थेट कॅथोड पृष्ठभाग संपर्कात एक उपाय सीमा थर एक सकारात्मक शुल्क आहे. एक परिणाम म्हणून, कॅथोड पृष्ठभाग वर एक electrostatic प्रतिष्ठापना, उपाय जवळचा, तेथे वहन इलेक्ट्रॉन नकारात्मक शुल्क आहे. म्हणजे कॅथोड पृष्ठभाग आणि DES उपाय दरम्यान संवाद उद्भवते. DES क्षेत्रात कॅथोड पासून इलेक्ट्रॉन नाही - उपाय आहे.

तसेच, धनाग्र (2, अंजीर. 1), धनाग्र डब्यात उपाय सीमा थर (4, अंजीर. 1) धनाग्र पृष्ठभाग संपर्क एक नकारात्मक शुल्क आहे, आणि धनाग्र पृष्ठभाग, उपाय जवळचा, सकारात्मक शुल्क आहे. म्हणजे धनाग्र पृष्ठभाग आणि उपाय दरम्यान संवाद येथे DES येते. एक धनाग्र - DES क्षेत्रात समाधान पासून इलेक्ट्रॉन नाही.

त्यामुळे DES क्षेत्रात कॅथोड आणि उपाय धनाग्र संवाद येथे, समर्थित थर्मल उपाय आयन प्रसार, दोन अंतर्गत ईएमएफ स्रोत आहेत, एक बाह्य स्त्रोत मैफिलीत अभिनय म्हणजे, घड्याळाच्या चक्रात नकारात्मक शुल्क खटपटी.

. मोकळा poliosnovaniya polyacids आणि पडदा (5, आकृती 1) हरभजन + ions cathodic जागा माध्यमातून थर्मल प्रसार कारणीभूत - धनाग्र, आणि धनाग्र निराळा पासून OH- आयन - एक कॅथोड. Macroion आर + आणि R- polyelectrolytes, पडदा माध्यमातून हलवू शकत नाही कॅथोड जागा म्हणून ती एक जास्तीचा नकारात्मक शुल्क आहे, आणि anodic जागा - एक जास्तीचा सकारात्मक शुल्क, म्हणजे, Donnan परिणामामुळे दुसरा DPP आहे. त्यामुळे पडदा देखील, ईएमएफ आत येते उष्णता प्रसार बाह्य स्रोत मैफिलीत अभिनय आणि आयन्स ची उपाय ठेवली.

उदाहरणामध्ये, पडदा ओलांडून अनियमित 0.83 व्होल्ट पोहोचू शकता म्हणून, धनाग्र निराळा कॅथोड निराळा acidic वातावरण मध्ये अल्कधर्मी मध्यम संक्रमण येथे 0.83 0 व्होल्ट - या मानक हायड्रोजन विद्युत् संभाव्य बदल संबंधित आहे. तपशील, हे पहा. सामीलीकरण №1 लेख तिसरा भाग आहे.

ईएमएफ आतून PKK

घटक ईएमएफ बाहेरील व्होल्टेज स्रोत कनेक्ट करण्यासाठी सेवा त्यांच्या धातू भाग संपर्क सेमीकंडक्टर धनाग्र आणि कॅथोड मध्ये समावेश येते. या ईएमएफ अंतर्गत PKK झाले. अंतर्गत जर बाह्य क्षेत्रात तीव्रता, तयार होत नाही जागा संपर्क वाहक आसपासच्या, उदा हे वाहक बाहेर चार्ज कण गती प्रभाव पडत नाही. बांधकाम एन-सेमीकंडक्टर / धातू / p-सेमीकंडक्टर पुरेशी ओळखले जाते आणि वापरले जाते, उदाहरणार्थ, एक thermoelectric Peltier विभाग. ईएमएफ विशालता 0.6 व्होल्ट [5, पी - तपमानावर अशा रचना 0.4 ऑर्डर मूल्ये पोहोचू शकता. 459; 2, पृ. 552]. संपर्क फील्ड ते चक्रात घड्याळाच्या इलेक्ट्रॉन ढकलणे अशा प्रकारे, म्हणजे मध्ये निर्देशित केले जाते बाह्य स्रोत मैफिलीत कायदा. इलेक्ट्रॉन मध्यम Peltier उष्णता चित्तवेधक ऊर्जा पातळी वाढवण्याची.

अंतर्गत electrodes आणि उपाय संपर्क भागात इलेक्ट्रॉन प्रसार झाल्यामुळे उद्भवलेल्या जर, त्याउलट, इलेक्ट्रॉन चक्रात घड्याळाच्या दिशेने दिशेने नाही. म्हणजे या संपर्क घड्याळाच्या घटकात इलेक्ट्रॉन गती Peltier उष्णता वाटप करणे आवश्यक आहे. पण उपाय मध्ये आणि धनाग्र मध्ये समाधान कॅथोड पासून इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण अपरिहार्यपणे हायड्रोजन व ऑक्सिजन निर्मिती एक endothermic प्रतिक्रिया दाखल्याची पूर्तता आहे, Peltier उष्णता मध्यम मध्ये प्रकाशीत नाही, आणि endothermic परिणाम कमी करण्यासाठी, म्हणजे जसे, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या निर्मिती enthalpy मध्ये "संरक्षण व संवर्धन". तपशील, हे पहा. लेख तृतीयांश №2 सामीलीकरण मध्ये.

वाहक (इलेक्ट्रॉन आणि आयन) घटक सर्किट मध्ये हलवा बंद मार्ग, घटक मध्ये कोणतेही शुल्क बंद सर्किट मध्ये हलवून नाही नाही. प्रत्येक इलेक्ट्रॉन धनाग्र उपाय (ऑक्सिजन molecules करण्यासाठी OH- आयन्स ची ज्वलन ओघात) पासून प्राप्त, आणि कॅथोड बाह्य सर्किट पार (आयन हरभजन + वसूल प्रक्रियेत) हायड्रोजन रेणू एकत्र volatilized आहे. तसेच OH- आणि हरभजन + बंद सर्किट हलवा नाही, पण फक्त संबंधित विद्युत्, आणि नंतर आण्विक हायड्रोजन व ऑक्सिजन स्वरूपात नाहीसा होतो. म्हणजे आणि आयन आणि प्रत्येक DES च्या गती क्षेत्रात त्याच्या वातावरणात हलवून इलेक्ट्रॉन, आणि मार्ग शेवटी, ते विद्युत् पृष्ठभाग, परमाणू एकत्र केले जातात संपूर्ण संग्रहित ऊर्जेमध्ये रूपांतर जातांना - एक रासायनिक बंध ऊर्जा, आणि मार्गापासून दूर!

ईएमएफ अंतर्गत स्रोत सर्व घटक कमी पाणी विद्युतविघटन बाह्य स्रोत खर्च. त्यामुळे, सभोवतालच्या DES प्रसार राखण्यासाठी त्याचे ऑपरेशन दरम्यान घटक चित्तवेधक उष्णता, बाह्य स्रोत खर्च कमी करण्यासाठी म्हणजे आहे, तो विद्युतविघटन कार्यक्षमता वाढते.

कोणत्याही बाह्य स्रोत न पाणी इलेक्ट्रोलिसिस.

पुनरावलोकन मध्ये घटक अंजीर मध्ये दर्शविले येणार्या प्रक्रिया. 1, बाह्य स्रोत मापदंड खात्यात घेतले जाणार नाहीत. अंतर्गत विरोध आर समान आहे व 0 एक अनियमित त्या समजा, Evnesh घटक electrodes एक निष्क्रीय लोड shorted आहेत (Fig. 5 पाहा). या प्रकरणात, घटक इंटरफेस येथे उद्भवलेल्या DES फील्ड दिशा आणि विशालता समान राहतील.

अंजीर. 5. त्याऐवजी Evnesh (Fig. 1) निष्क्रीय लोड द समावेश आहे.

हे घटक मध्ये उत्स्फूर्त चालू प्रवाह अटी ठरवा. गिब्सला संभाव्य बदलणे सूत्र (1) सामीलीकरण №1 लेख तिसरा भाग त्यानुसार:

Δ जी येतो चे संक्षिप्त रुप = (Δ एच येतो चे संक्षिप्त रुप - n) + Q अद्ययावत

तर p> Δ हरभजन + प्रश्न अद्ययावत अद्ययावत = 284,5 - 47.2 = 237.3 (किज्य / mol) = 1.23 (eV / परमाणू)

Δ जी येतो चे संक्षिप्त रुप <0 आणि स्वाभाविक प्रक्रिया शक्य आहे.

आम्ही घटक हायड्रोजन पिढी प्रतिक्रिया अल्कधर्मी (0.4 व्होल्ट विद्युत् क्षमता) (0 व्होल्ट विद्युत् क्षमता), आणि ऑक्सिजन एक acidic मध्यम येते की पुढील विचार करेल. अशा विद्युत् क्षमता एक पडदा (5, अंजीर. 5), अनियमित या 0.83 व्होल्ट असावे ज्या उपलब्ध आहे. म्हणजे हायड्रोजन व ऑक्सिजन निर्मिती आवश्यक ऊर्जा 0.83 (eV / परमाणू) कमी आहे. मग उत्स्फूर्त प्रक्रिया शक्यता स्थिती होईल:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / परमाणू) = 77.2 (किज्य / mol) (2)

आम्ही शोधू, हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या रेणू ऊर्जा अडथळा टाळण्याजोगा आणि बाह्य व्होल्टेज स्रोत वापर न करता आहे. म्हणजे अगदी n = 0.4 (eV / रेणू), उदा येथे तेव्हा आतील विद्युत् HPDC 0.4 व्होल्ट, घटक डायनॅमिक समतोल एक राज्य असेल, आणि कोणत्याही (अगदी लहान) शिल्लक अटी बदल सर्किट मध्ये चालू टाकले जाईल.

electrodes येथे प्रतिक्रिया आणखी अडथळा सक्रियन ऊर्जा आहे, पण तो बाजूला काढली आहे , बोगदा परिणाम electrodes आणि उपाय [7, पी दरम्यान अंतर smallness झाल्यामुळे उद्भवलेल्या. 147-149].

त्यामुळे ऊर्जा विचारांवर आधारावर, आम्ही उत्स्फूर्त चालू घटक अंजीर दिसत मानू. 5, ते शक्य आहे. पण काय भौतिक कारणे या वर्तमान होऊ शकते? या कारणांमुळे खाली सूचीबद्ध आहेत:

1. उपाय मध्ये धनाग्र संक्रमण संभाव्यता जास्त समाधान मध्ये कॅथोड पासून इलेक्ट्रॉन संक्रमण संभाव्यता, पासून फक्त "राहील", आणि या "राहील" कॅथोड इलेक्ट्रॉन खाली ऊर्जा पातळीवर आहेत - एन-सेमीकंडक्टर कॅथोड उच्च ऊर्जा पातळी विनामूल्य इलेक्ट्रॉन, आणि पी-सेमीकंडक्टर धनाग्र भरपूर आहे

2. पडदा एक acidic पर्यावरण कॅथोड जागेत समर्थीत आहे, व धनाग्र मध्ये - अल्कधर्मी. जड electrodes च्या बाबतीत, हे कॅथोड विद्युत् संभाव्य धनाग्र पेक्षा जास्त होते की ठरतो. यामुळे, इलेक्ट्रॉन कॅथोड करण्यासाठी धनाग्र पासून बाह्य सर्किट माध्यमातून हलवा करणे आवश्यक आहे;

3. Donnan परिणामामुळे होणारे polyelectrolyte उपाय पृष्ठभाग शुल्क, विद्युत् / उपाय क्षेत्रात अशा कॅथोड शेतावर उपाय मध्ये कॅथोड पासून इलेक्ट्रॉन उत्पन्न वाढविणारी येथे तयार, आणि धनाग्र शेतावर - समाधान पासून धनाग्र मध्ये इलेक्ट्रॉन नोंद;

4. पुढे शिल्लक व रिवर्स् electrodes येथे प्रतिक्रिया (विनिमय प्रवाह) एच toward पूर्वग्रहदूषित + आयन कॅथोड आणि OH- आयन्स ची ज्वलन धनाग्र येथे थेट कपात प्रतिक्रिया पासून ते वायू (H2 आणि O2) सहज प्रतिक्रिया झोन सोडून सक्षम (ले Chatelier च्या तत्त्व) निर्मिती दाखल्याची पूर्तता आहेत.

प्रयोग.

सक्रिय कार्बन आणि ऋणविद्युत भारित कण राळ अब्राहम-17-8 बाह्य नरम विद्युत् सह यांचे मिश्रण - Donnan परिणाम लोड ओलांडून अनियमित च्या संख्यात्मक मूल्यमापन, एक प्रयोग ज्या कॅथोड घटक बाह्य नरम विद्युत् आणि धनाग्र सक्रिय कार्बन समावेश सादर करण्यात आला. इलेक्ट्रोलाइट्सचे - पाण्यासारखा NaOH उपाय, धनाग्र आणि कॅथोड मोकळी जागा एक कृत्रिम वाटले िवभाजीत केले जाते. या घटकाचा उघडा बाह्य electrodes रोजी 50 mV एक अनियमित होते. बाह्य भार 10 एक घटक कनेक्ट केले जाते तेव्हा विद्युत्तविरोधाचे माप सुमारे 500 microamps वर्तमान निश्चित. बाह्य विद्युत् पासून 20 ते 30 0 से तापमानास अनियमित वातावरणीय तापमान वाढते mV 54 वाढली तेव्हा. वातावरणीय तापमानात अनियमित वाढ पुष्टी ईएमएफ स्त्रोत प्रसार, म्हणजे आहे कण थर्मल गती.

बोरॉन कार्बनचे संयुग (B4C, पी-सेमीकंडक्टर) बाह्य नरम विद्युत् सह एक पावडर - आतील HPDC धातू / सेमीकंडक्टर प्रयोग पासून लोड ओलांडून अनियमित च्या संख्यात्मक मूल्यमापन सेल कॅथोड बाह्य नरम विद्युत् आणि धनाग्र सह कृत्रिम नरम पावडर ज्यामध्ये घेण्यात आली. इलेक्ट्रोलाइट्सचे - पाण्यासारखा NaOH उपाय, धनाग्र आणि कॅथोड मोकळी जागा एक कृत्रिम वाटले िवभाजीत केले जाते. घटक अनियमित खुल्या बाह्य electrodes रोजी सुमारे 150 mV होते. घटक 50 kOhm दाब बाह्य लोड कनेक्ट करताना 35 सोडला mV., कमी महत्त्वाचा बोरॉन कार्बनचे संयुग आणि, एक परिणाम, उच्च अंतर्गत विरोध घटक म्हणून अशा मजबूत अनियमित ड्रॉप करा. अशी संरचना एक घटक तापमान विरुद्ध तपास अनियमित चालते नाही. या मुळे खरं, की एक सेमीकंडक्टर, त्याच्या रासायनिक रचना अवलंबून आहे, doping व इतर मालमत्ता पदवी, त्याच्या मिळाल्याने पातळी प्रभाव टाकू शकते विविध प्रकारे तापमान बदल. म्हणजे ईएमएफ वर तापमान परिणाम घटक (वाढ किंवा घट), या प्रकरणात वापरलेले साहित्य अवलंबून असते, त्यामुळे या सूचक प्रयोग नाही.

या टप्प्यावर तो सेल कॅथोड बाह्य स्टेनलेस स्टील विद्युत् आणि सक्रिय कार्बन पावडर आणि ऋणविद्युत भारित कण राळ अब्राहम-17-8 यांचे मिश्रण पासून धनाग्र बाह्य विद्युत् करण्यासाठी सक्रिय कार्बन पावडर आणि अड्ड्यांची-2-8 यांचे मिश्रण केले आहे आणखी एक प्रयोग चालू स्टेनलेस स्टील. इलेक्ट्रोलाइट्सचे - NaCl च्या पाण्यासारखा उपाय, धनाग्र आणि कॅथोड मोकळी जागा एक कृत्रिम विभाजीत केले जाते वाटले. ऑक्टोबर 2011 या घटक बाह्य electrodes लहान सर्किट निष्क्रीय ammeter करण्यास सक्षम आहेत. एक ammeter, वळण नंतर एक दिवस, 1 मा नी कमी झाली दाखवते जे चालू - 100 mkA करण्यासाठी (मुळे electrodes ध्रुवीकरण वरवर पाहता आहे), आणि एक वर्ष पेक्षा अधिक बदलत नाही आहे.

पार्शल शक्य पेक्षा सेवनाने कमी अधिक प्रभावी साहित्य प्रतिसादन न देण्याची वृत्ती प्राप्त परिणाम संबंधात वर वर्णन व्यावहारिक प्रयोग मध्ये. याव्यतिरिक्त, एकूण अंतर्गत ईएमएफ त्या भागात जाणीव असू घटक नेहमी विद्युत् प्रतिक्रिया (हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या उत्पादन) राखण्यासाठी सेवन आणि बाह्य सर्किट मध्ये मोजली जाऊ शकत नाही.

निष्कर्ष.

बेरीज, आम्ही एक "हीटर" वातावरण वापरून आणि एक "रेफ्रिजरेटर" येत नाही तर त्या निसर्ग, आम्हाला उपयुक्त ऊर्जा किंवा काम थर्मल ऊर्जा रूपांतरित करण्यास परवानगी देते मानू शकतो. त्यामुळे Donnan परिणाम आणि अंतर्गत जर शुल्क आकारले कण रुपांतर औष्णिक ऊर्जा विद्युत क्षेत्राची ऊर्जा DEL endothermic प्रतिक्रिया उष्णता रासायनिक ऊर्जा मध्ये रूपांतर.

विचार संपर्क घटक मध्यम आणि पाणी उष्णता घेतो, आणि वाटप वीजनिर्मिती, हायड्रोजन व ऑक्सिजन! शिवाय, ऊर्जेत प्रक्रिया आणि इंधन म्हणून हायड्रोजन वापर आणि पाणी उष्णता मध्यम परत परत!

भाग सामीलीकरण 3.

हा भाग पुढे Donnan समतोल परिणाम चर्चा घटक मध्ये redox प्रतिक्रिया आणि विद्युत् क्षमता वर आतील HPDC धातू / सेमीकंडक्टर आणि Peltier उष्णता च्या जंक्शन येथे आहे.

Donnan संभाव्य (परिशिष्ट №1)

polyelectrolyte साठी Donnan संभाव्य घटना यंत्रणा विचार करा. मोकळा polyelectrolyte counterions macromolecule व्यापलेल्या खंड सोडून, त्याच्या लहान सुरू केल्यानंतर, प्रसार आहे. उपाय उर्वरित तुलनेत दिवाळखोर नसलेला लहान खंड polyelectrolyte macromolecules च्या counterions च्या दिशा प्रसार macromolecule यांचा मोठ्या प्रमाणावर वाढ झाली एकाग्रता ही वस्तुस्थिती आहे. शिवाय, तर, उदाहरणार्थ, लहान counterions नकारात्मक आकारले जातात, या macromolecule आतील भाग सकारात्मक आकारले जातात की परिणाम, आणि उपाय macromolecule मोठ्या संख्येमुळे ताबडतोब समीप आहे - नकारात्मक. म्हणजे नकारात्मक आरोप - एक सकारात्मक आरोप macroion खंड सुमारे लहान प्रति-आयन्स ची "आयन वातावरण" एक प्रकारचा आहे. समाप्ती ionic वातावरण शुल्क वाढ झाल्यास electrostatic क्षेत्रात आयन खंड macroion वातावरण व शिल्लक लहान counterions थर्मल प्रसार दरम्यान. वातावरण आणि ionic macroions दरम्यान परिणामी समतोल संभाव्य फरक Donnan क्षमता आहे. Donnan संभाव्य देखील म्हणून उल्लेख आहे , पडदा संभाव्य कारण सक्षम आणि शुद्ध दिवाळखोर नसलेला therethrough जात करण्यास सक्षम नाही - एक समान परिस्थिती एक अर्धपार्यपटल पडदा वर दोन प्रकारची आयन आहे इलेक्ट्रोलाइट्सचे उपाय वेगळे तेव्हा, उदाहरणार्थ येते.

Donnan संभाव्य प्रसार क्षमता मर्यादित बाबतीत, तेव्हा आयन्स ची एक हालचाल (या प्रकरणात macroion मध्ये) शून्य आहे म्हणून मानले जाऊ शकते. मग, [1, पी करण्यात आली आहे. 535], एक समान काउंटर शुल्क घेऊन:

E, d = (रिकी / महिला) LN ( A1 / A2), जेथे

एड - Donnan संभाव्य;

आर - सार्वत्रिक वायू सतत;

टी - thermodynamic तापमान;

- F फॅरेडे सतत;

A1, A2 - संपर्क टप्प्याटप्प्याने प्रति-गतिविधी नाहीत.

हा सदस्य, पडदा वेगळे ज्यात poliosnovaniya उपाय (पीएच = एलजी एक 1 = 14) आणि polyacid मध्ये (पीएच = एलजी एक 2 = 0), Donnan तपमानावर पडदा ओलांडून संभाव्य (टी = 300 0 के) असे:

E, d = (रिकी / महिला) (एलजी एक 1 - एलजी एक 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * LN (10) = 0.83 व्होल्ट

तापमान थेट प्रमाणात Donnan संभाव्य वाढते. विद्युत् सेल Peltier उष्णता प्रसार उपयुक्त काम उत्पादन एकमेव स्त्रोत आहे, अशा घटक ईएमएफ आश्चर्यकारक नाही तापमान वाढ वाढते. काम निर्मितीसाठी प्रसार सेल मध्ये, Peltier उष्णता नेहमी वातावरण घेतले आहे. EDL माध्यमातून चालू प्रवाह DES क्षेत्रात सकारात्मक दिशा सह coinciding एक दिशेने Donnan परिणाम स्थापना (अर्थात, DES क्षेत्रात सकारात्मक काम करते तेव्हा), उष्णता हे कागद निर्मितीसाठी वातावरण शोषून घेतला जातो.

पण प्रसार घटक शेवटी पाझर राहीला quasistatic प्रवाह आयन एकाग्रता प्रकरणात ज्यात, एकदा एक विशिष्ट मूल्य पोचल्यामुळे समतोल Donnan विपरीत, एकाग्रता बरोबरी ठरतो आणि प्रसार दिग्दर्शित थांबता जे आयन, एकाग्रता, सतत आणि एकदिशीय बदल आहे, तसाच राहील .

अंजीर. 2, हायड्रोजन आणि उपाय आंबटपणा बदलत असताना ऑक्सिजन प्रतिक्रिया redox क्षमता एक आकृती दाखवते. चार्ट दाखवते OH- आयन नसतानाही ऑक्सिजन निर्मिती प्रतिक्रिया (एक acidic वातावरण मध्ये 1.23 व्होल्ट) च्या विद्युत् संभाव्य उच्च एकाग्रता (अल्कधर्मी मध्यम 0.4 व्होल्ट) 0.83 व्होल्ट येथे एकाच संभाव्य वेगळे आहे. तसेच, हरभजन + नसतानाही (अल्कधर्मी माध्यमात -0,83 व्होल्ट) मध्ये हायड्रोजन-लागत प्रतिक्रिया विद्युत् संभाव्य देखील 0.83 व्होल्ट [4, उच्च एकाग्रता (0 व्ही एक आम्ल मध्यम मध्ये) येथे एकाच संभाव्य भिन्न आहे. 66-67]. म्हणजे स्पष्ट आहे की, 0.83 व्होल्ट संबंधित आयन मध्ये पाणी उच्च एकाग्रता प्राप्त करण्यासाठी आवश्यक आहे. हे 0.83 व्होल्ट हरभजन + आणि OH- आयन मध्ये पाणी molecules तटस्थ मोकळा एक वस्तुमान आवश्यक आहे असा आहे. त्यामुळे पडदा आमच्या घटक कॅथोड जागा acidic मध्यम आणि अल्कधर्मी anodic मध्ये होत असेल तर, अनियमित त्याच्या DEL 0.83 व्होल्ट, पूर्वी सादर सैद्धांतिक गणिते चांगले करार आहे पोहोचू शकता. या अनियमित तो आत आयन मध्ये पाणी मोकळा करून उच्च क्षारता जागा DES पडदा उपलब्ध आहे.

अंजीर. 2. आकृती redox प्रतिक्रिया क्षमता

पाणी च्या कुजणे, आणि हरभजन + ions आणि हायड्रोजन व ऑक्सिजन मध्ये OH-.

जर आणि Peltier उष्णता (परिशिष्ट №2)

"Peltier परिणाम कारण की दुसर्या इलेक्ट्रॉन मध्ये शुल्क वाहक (definiteness इलेक्ट्रॉन साठी) विविध विविध वाहक मध्ये विद्युत क्षारता सहभागी ... संक्रमण मध्ये एक प्रमुख मार्गदर्शक पासून सरासरी ऊर्जा किंवा अतिरिक्त वीज ग्रीड प्रसारित किंवा त्याच्या खर्चाचे येथे ऊर्जा अभाव पूरक आहे (वर्तमान दिशा अवलंबून).

अंजीर. 3. संपर्क धातू आणि सेमीकंडक्टर n- वर Peltier परिणाम: ԐF - मिळाल्याने पातळी; ԐC - सेमीकंडक्टर च्या वहन बँड तळाशी; ԐV - valence बँड; मी - चालू सकारात्मक दिशा; बाण मंडळे schematically इलेक्ट्रॉन दर्शविली.

संपर्क जवळ पहिल्या प्रकरणात प्रसिद्ध आहे, आणि दुसरा - तथाकथित गढून गेलेला .. Peltier उष्णता. उदाहरणार्थ, संपर्क सेमीकंडक्टर वर - मेटल (आकृती 3) धातू (डाव्या स्पर्श) पर्यंत एन-प्रकार सेमीकंडक्टर पासून पास इलेक्ट्रॉन ऊर्जा मिळाल्याने ऊर्जा ԐF पेक्षा लक्षणीय जास्त आहे. त्यामुळे ते धातू थर्मल समतोल उल्लंघन आहेत. अतिरिक्त ऊर्जेचा स्फटिकासारखे देत, इलेक्ट्रॉन thermalized जे समतोल मतभेद एक परिणाम म्हणून पुनर्संचयित. ग्रीड. धातू की इलेक्ट्रॉन गॅस उतरवावे त्यामुळे सेमीकंडक्टर धातू (उजवीकडे स्पर्श), फक्त सर्वात दमदार इलेक्ट्रॉन पास करू शकता. आंदोलन ऊर्जा सेवन लाकडी किंवा धातूची जाळी समतोल वितरण "[2, पी च्या जीर्णोद्धार वर. 552].

संपर्क करण्यासाठी धातू / p-सेमीकंडक्टर परिस्थिती समान आहे. कारण p-क्षारता सेमीकंडक्टर राहील मिळाल्याने पातळी खाली आहे त्याच्या valence बँड प्रदान, नंतर संपर्क, cooled होणार इलेक्ट्रॉन धातू p-सेमीकंडक्टर परतू शकतात. Peltier उष्णता जाहीर किंवा देय नकारात्मक किंवा अंतर्गत जर सकारात्मक उत्पादन, दोन वाहक संपर्क द्वारे गढून गेलेला.

डाव्या संपर्क अंतर (Fig. 3), ज्या दिवशी Peltier उष्णता वाटप, एक electrolytic सेल, उदाहरणार्थ, पाण्यासारखा NaOH उपाय (आकृती 4) आणि धातू सेमीकंडक्टर आणि रासायनिक जड असू n दे समाविष्ट केले आहे.

अंजीर. 4. डाव्या संपर्क एन-सेमीकंडक्टर आणि धातू उघडा आणि इलेक्ट्रोलाइट्सचे उपाय अंतर स्थीत आहे. पदनामे अंजीर मध्ये समान आहेत. 3.

कारण, वर्तमान प्रवाह तेव्हा «मी» उच्च ऊर्जा एन-इलेक्ट्रॉन च्या सेमीकंडक्टर धातू उपाय बाहेर येत समाधानाचा आगमन, या अतिरिक्त ऊर्जेचा (Peltier उष्णता) सेल मध्ये उभे करणे आवश्यक आहे.

सेल द्वारे चालू त्यात पाझर राहीला विद्युत् प्रतिक्रिया फक्त एक असू शकते. सेल मध्ये exothermic प्रतिक्रिया असेल, तर Peltier उष्णता, सेल मध्ये प्रकाशीत म्हणून अधिक ती टेकावयास जागा नाही. सेल मध्ये प्रतिक्रिया तर - endothermic, Peltier उष्णता endothermic परिणाम भरुन पूर्णपणे किंवा अंशतः आहे, म्हणजे, एक प्रतिक्रिया उत्पादन तयार करणे. या उदाहरणात, एकूण सेल प्रतिक्रिया: → 2H2O 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, उष्णता (शक्ती) Peltier रेणूंमध्ये तयार आहे आणि H2 O2, electrodes वर स्थापना म्हणून. त्यामुळे आम्ही योग्य एन-संपर्क सेमीकंडक्टर / धातू मध्यम निवड Peltier उष्णता परत वातावरणात प्रकाशीत नाही, आणि हायड्रोजन व ऑक्सिजन रेणू रासायनिक ऊर्जा स्वरूपात साठवली जाते प्राप्त. अर्थात, बाह्य अनियमित स्रोत ऑपरेशन पाणी विद्युतविघटन साठी, या प्रकरणात, Peltier परिणाम नाही घटना उद्भवणार सेवन केले जाते एकसारखे electrodes च्या बाबतीत पेक्षा लहान होईल ..

याची पर्वा न electrodes गुणधर्म, electrolytic सेल स्वतः लक्ष वेधून घेणे किंवा Peltier चालू त्याला जाणार्यांसाठी तेव्हा उष्णता निर्माण करू शकता. दिसायला-स्थिर अटी गिब्सला पेशी [4 संभाव्य बदल, पी. 60]:

Δ जी = Δ एच - टी Δ एस, जेथे

Δ एच - सेल enthalpy बदल;

टी - thermodynamic तापमान;

Δ एस - सेल एंट्रोपि बदल;

प्रश्न = - टी Δ एस - Peltier सेल उष्णता.

284.5 (किज्य / mol) [8, पी - टी = 298 (के), enthalpy ΔHpr = मध्ये बदल एक हायड्रोजन-ऑक्सिजन विद्युत् सेल आहे. 120] गिब्सला बदल संभाव्य [4. एक. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (किज्य / mol), जेथे

z - रेणू प्रति इलेक्ट्रॉन संख्या;

- F फॅरेडे सतत;

ई - ईएमएफ सेल.

म्हणून

प्रश्न सुस्वागतम किंवा नमस्ते = - टी Δ एस सुस्वागतम किंवा नमस्ते = Δ जी इ - Δ एच इ = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (किज्य / mol)> 0,

म्हणजे हायड्रोजन-ऑक्सिजन विद्युत् सेल त्याच्या एंट्रोपि सुधारणा आणि त्याच्या कमी करताना, Peltier वातावरणात उष्णता निर्माण. मग, व्यस्त प्रक्रिया, पाणी विद्युतविघटन, आमच्या उदाहरण बाबतीत आहे, ज्यात, Peltier उष्णता प्रश्न अद्ययावत = - प्रश्न सुस्वागतम किंवा नमस्ते = - इलेक्ट्रोलाइट्सचे 47.3 (किज्य / mol) पर्यावरण गढून गेलेला जाईल.

Peltier उष्णता योग्य एन-संपर्क सेमीकंडक्टर / धातू वातावरण घेतले - पी दर्शवितो. उष्णता p> 0 सेल मध्ये उभे करणे आवश्यक आहे, पण सेल endothermic प्रतिक्रिया पाणी नाश (Δ हरभजन> 0), Peltier उष्णता पी प्रतिक्रिया थर्मल परिणाम भरुन आहे:

Δ जी येतो चे संक्षिप्त रुप = (Δ एच येतो चे संक्षिप्त रुप - n) + Q अद्ययावत                                                                        (1)

सुधारित केलेली प्रश्न, फक्त इलेक्ट्रोलाइट्सचे रचना अवलंबून असते तो जड electrodes सह electrolytic सेल एक वैशिष्ट्यपूर्ण आहे, आणि n केवळ विद्युत् साहित्य अवलंबून आहे.

(1) समीकरण Peltier पी आणि Peltier उष्णता अद्ययावत प्रश्न तापविण्याची, उपयुक्त काम उत्पादन आहेत दाखवते. म्हणजे मध्यम काढून घेतले Peltier उष्णता विद्युतविघटन आवश्यक बाह्य ऊर्जा स्रोत खर्च कमी. जेथे उष्णता मध्यम उपयुक्त काम निर्मितीसाठी ऊर्जा स्त्रोत आहे एक परिस्थिती, प्रसार वैशिष्ट्यपूर्ण आहे, तसेच अनेक विद्युत् पेशी, अशा घटक उदाहरणे [3, पी दिसत आहेत. 248 - 249].

संदर्भ

1. Gerasimov होय. शारीरिक रसायन I. अर्थातच. प्रशिक्षण: विद्यापीठे आहे. व्ही 2 टी. T.II. - 2 एड .. - एम. रसायनशास्त्र, मॉस्को, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. एम Peltier परिणाम. // शारीरिक ज्ञानकोशातून येथे जा:. 5 मी. टी तिसरा. पेट्रोलवर चालणाऱ्या यंत्राचे गतिप्रेरक साधन - Poynting प्रमेय. / Ch. एड. अ एम Prohorov. एड. गणना होते. डॅरेन Alekseev, ए एम Baldin, एएम Bonch-Bruevich, ए Borovik-रोमानोव्ह आणि इतर - एम.. ग्रेट रशियन सुचालन, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 मी.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov के फिजिकल केमिस्ट्री. 2 पुस्तके. व्हॉ. 1. प्रकरणाचा संरचना. थर्मोडायनॅमिक्स: proc. उच्च माध्यमिक साठी; के Krasnov, एन के Vorobev, त्याच आणि अल Godnev -. 3 एड .. - एम. उच्च. यष्टीरक्षक, 2001 -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov के फिजिकल केमिस्ट्री. 2 पुस्तके. व्हॉ. 2. Electrochemistry. रासायनिक जड गतिशास्त्र आणि उत्प्रेरकाच्या मदतीने रासायनिक अभिक्रिया वाढवणे: proc. उच्च माध्यमिक साठी; के Krasnov, के Vorobyov I. एन Godnev ET अल. -3 एड., प्रकटी - एम. उच्च. यष्टीरक्षक, 2001 -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. भौतिकशास्त्र Sivukhin डी व्ही सामान्य अभ्यासक्रम. प्रशिक्षण: विद्यापीठे आहे. 5 मीटर. T.III. वीज. - 4 एड, अर्थातच .. - एम: FIZMATLIT. MIPT मंदिरात प्रकाशन, 2004 - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 मी.); 5-89155-086-5.
6. आलेला च्या Tager अ अ फिजिकल केमिस्ट्री. - एम. रसायनशास्त्र, मॉस्को, 1968 - 536 p.
7. Vetter के पाहून जड गतिशास्त्र, Corr संपादित रशियन आवृत्तीत लेखकाचा दुरुस्त्या, जर्मन भाषेतून मध्ये अनुवादित करण्यात. युएसएसआर ऍकॅडमी ऑफ सायन्सेस 'प्रा आहे. Kolotyrkin YM - एम. रसायनशास्त्र, मॉस्को, 1967 - 856 p.
8. पी अटकिन्स फिजिकल केमिस्ट्री. 2 v. T.I., रासायनिक विज्ञान Butin केवीन डॉक्टर इंग्रजी भाषेतून मध्ये अनुवादित करण्यात - एम. मीर, मॉस्को, 1980. - 580 p.