Вольта потенциал

Потенциал Вольта (также называемый разностью потенциалов Вольта , контактной разностью потенциалов , внешней разностью потенциалов , Δψ или «дельта psi») в электрохимии представляет собой разность электростатических потенциалов между двумя металлами (или одним металлом и одним электролитом ), которые находятся в контакте и находятся в термодинамическом равновесии . В частности, это разность потенциалов между точкой, близкой к поверхности первого металла, и точкой, близкой к поверхности второго металла (или электролита ). ^[1]

Потенциал Вольта назван в честь Алессандро Вольта .

Вольта-потенциал между двумя металлами

Когда два металла электрически изолированы друг от друга, между ними может существовать произвольная разность потенциалов. Однако когда две разные нейтральные металлические поверхности приводятся в электрический контакт (даже косвенно, скажем, через длинный электропроводящий провод), электроны будут перетекать из металла с более высоким уровнем Ферми в металл с более низким уровнем Ферми до тех пор, пока не произойдет электрический контакт. уровни в двух фазах равны.Как только это происходит, металлы находятся в термодинамическом равновесии друг с другом (фактическое число электронов, проходящих между двумя фазами, обычно невелико).Однако то, что уровни Ферми равны, не означает, что электрические потенциалы равны. Электрический потенциал вне каждого материала контролируется его работой выхода , поэтому разнородные металлы могут иметь разность электрических потенциалов даже в равновесии.

Потенциал Вольта не является внутренним свойством двух рассматриваемых объемных металлов, а скорее определяется различиями работ выхода между поверхностями металлов. Как и работа выхода, потенциал Вольта сильно зависит от состояния поверхности, загрязнения и т. д.

Измерение вольта-потенциала (зонд Кельвина)

Потенциал Вольта может быть значительным (порядка 1 вольта), но его нельзя измерить непосредственно обычным вольтметром .Вольтметр измеряет не вакуумные электростатические потенциалы, а разницу уровней Ферми между двумя материалами, которая в равновесии равна нулю.

Однако потенциал Вольта соответствует реальному электрическому полю в пространствах между двумя металлическими объектами и вокруг них, полю, создаваемому накоплением зарядов на их поверхностях. Общая стоимость $Q$ над поверхностью каждого объекта зависит от емкости $C$ между двумя объектами по отношению $Q=C\Delta \psi$ , где $\Delta \psi$ – потенциал Вольта. Отсюда следует, что значение потенциала можно измерить, изменяя емкость между материалами на известную величину (например, перемещая объекты дальше друг от друга) и измеряя смещенный заряд, который течет по проводу, соединяющему их.

Разность потенциалов Вольта между металлом и электролитом можно измерить аналогичным образом. ^[2]Вольта-потенциал поверхности металла можно составить карту в очень малых масштабах с помощью зондового силового микроскопа Кельвина , основанного на атомно-силовой микроскопии . На больших площадях (от миллиметров до сантиметров) можно использовать сканирующий зонд Кельвина (СКП), в котором используется проволочный зонд размером от десятков до сотен микрон. В любом случае изменение емкости неизвестно — вместо этого добавляется компенсирующее напряжение постоянного тока, чтобы нейтрализовать потенциал Вольта, чтобы ток не индуцировался изменением емкости. Это компенсирующее напряжение является отрицательным потенциалом Вольта.

См. также

Ссылки

^ Золотая книга ИЮПАК, определение контактной (Вольта) разности потенциалов.
^ В.С. Багоцкий, «Основы электрохимии», Willey Interscience, 2006.

[1] Золотая книга ИЮПАК, определение контактной (Вольта) разности потенциалов.

[2] В.С. Багоцкий, «Основы электрохимии», Willey Interscience, 2006.

[1]

[2]