ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Связь между химической и электрической энергией из "Руководство по электрохимии Издание 2" Типом необратимого элемента является тот, который впервые был построен Вольта цинк/разбавленная серная кислота/серебро. При действии этого элемента цинк растворяется, а на серебряном электроде выделяется водород, который улетучивается. Из последнего обстоятельства ужг ясно, что первоначальное состояние не может быть восстановлено при пропускании тока в обратном направлении. Тогда серебро будет переходить в раствор, и водород выделяется на цинке. [c.161] Одно из свойств обратимых элементов заключается в том, что э. с., которую они показывают непосредственно после их приготовления, остается при не слишком большой нз рузке почти постоянной до тех пор, пока вообще еще имеется достаточно вещества для необходимых химических реакций. При необратимых же элементах, напротив, э. с. не остается постоянной, а падает поэтому говорят также о неполяризую-щихся и поляризующихся элементах. [c.161] Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в главе о поляризации. Здесь мы (оставляя в стороне исключения) ограничимся указанием на то, что не слишком электроположительный металл, опущенный в раствор, содержащий ионы соответствующего металла (лучше всего насыщенный раствор с избытком твердого вещества), при умеренной плотности тока ) представляет собой почти неполяризующийся электрод. В элементе Да ниеля оба электрода, а следовательно и вся цепь (почти), не поляризуются. [c.161] В дальнейшем мы будем рассматривать главным образом обратимые цепи, отношения в которых при современном состоянии науки хорошо изучены также и с количественной стороны. [c.161] Связь между химической и электрической энергией. Мы должны теперь ответить на вопрос как можно вычислить получаемую электрическую энергию из химической энергии, или, точнее, из теплового эффекта протекающих в элементе реакций. Уже на стр. 49 мы видели, что допущение, принятое первоначально Гельмгольцем и Вильямом Томсоном, согласно которому теплота реакции целиком превращается в электрическую энергию, впоследствии оказалось несостоятельным. Лишь в отдельных вполне определенных случаях мы имеем это простое отношение. Около 40 лет назад благодаря усилиям Гиббса, Брауна и Гельмгольца удалось математически выразить существующую здесь закономерность. [c.161] Первое начало энергетики гласит, что энергия не может образоваться из ничего и не может H 4e3nytb общая сумма энергии постоянна. [c.161] Большой интерес представляет, далее, определение максимальной внешней работы, которую дает самопроизвольно протекающий процесс, так как эта работа очень важна для характеристики процесса. Другие значения работы кроме максимального определять, очевидно, не представляется целесообразным, так как они неопределенны и могут как угодно вариировать от этого максимального значения до нуля. [c.162] Ближайшее рассмотрение показывает, что максимальная работа получается тогда, когда процесс ведется обратимо, т. е., другими словами, таким образом, что теоретически в каждый момент существует состояние равновесия. [c.162] Отсюда видно, насколько важно, в частности для вычисления электромоторных сил, знать максимальную внешнюю работу, получаемую при изотермическом процессе в дальнейшем мы будем пользоваться этим законом. Мы можем его формулировать также следующим образом в обратимом круговом процессе, протекающем изотермически, сумма получаемых работ равна нулю. [c.162] Из этой формулы мы видим, что получаемая работа пропорциональна абсолютной температуре и, далее, что она не зависит от абсолютных величин давлений или объемов, но лишь от их соотношения. [c.163] Напомним еще, что если мы хотим выразить А в средних грамм-калориях, то / = 1,987, если же — в грамм-сантиметрах, то / = 84800, и если в джоулях или эргах, то / —8,316 или, соответственно, 8,316-107. [c.163] Упомянем, далее, что в конечном результате количество теплоты, которое мы получаем при изотермическом расщирении идеального газа, извлекается не из внутренней энергии газа, а из окружающей его среды. [c.164] Теперь мы в состоянии провести упомянутый выше процесс обратимого переноса теплоты и вычислить имеющее здесь место соотнощение между работой и теплотой. [c.164] Перенесем теперь снова газ без изменения объема в среду с температурой Г тогда после отдачи упомянутого выше количества теплоты т, которым мы опять пренебрегаем, мы вернемся к первоначальному состоянию. [c.164] Этот результат, выведенный пока для идеальных газов, имеет самое обшее значение при переходе теплоты от высшей температуры к низшей, в отсутствие каких-либо изменений состояния, встда только часть ее может быть превращена во внешнюю работу. Эта часть в наиболее благоприятном случае, т. е. при идеально-обратимом ведении процесса, будет относиться к остатку так, как указывает приведенная только что формула. Действительно, в случае, если бы у ругой обратимый круговой процесс мог дать другое отношение между dA и W, можно было бы, надлежащим образом комбинируя оба этих круговых процесса, достигнуть превращения теплоты в работу при постоянной температуре. [c.165] Применим тепе ь полученный выше результат к обратимым гальваническим элементам. Если бы тепловые эффекты протекающих в элементе реакций полностью превращались в электрическую энер ию, то, поместив элемент, внутреннее сопротивление которого должно равняться нулю, в калориметр, мы не наблюдали бы в последнем никакого выделения теплоты, ибо вся образ Ющаяся энергия получалась бы во внешней цепи в виде электрической энергии, которая может быть превращена в работу или теплоту. [c.165] В действительности же большей частью такого простого отнощения не существует, и поэтому мы наблюдаем в калориметре тепловой эффект. [c.165] Так как мы знаем величину Q из термохимических данных (числа относятся всегда к грамм-эквиваленту или к молю выделяющиеся количества теплоты берутся с положительным знаком) или можем ее определить особым опытом, то мы в состоянии при помощи экспериментально найденного температурного коэфициента (т. е. изменения э. с., деленного на соответствующий промежуток температуры) вычислить максимальную электрическую энергию, которую способен дать элемент, а отсюда и э. с. [c.166] Если температурный коэфициент положителен, то есть э. с. увеличивается с повышением температуры, то по (2) РЕ больше Q элемент охлаждается во время действия и поглощает теплоту из окружающей среды. Напротив, если температурный коэфициент отрицателен, то РЕ меньше Q, и элемент нагревается. Наконец, если температурный коэфициент равен нулю, то теплота реакции целиком превращается в электрическую энергию и в самом элементе не обнаруживается никакого теплового эффекта. Примером последнего случая может (приблизительно) служить элемент Даниеля. [c.166] Вернуться к основной статье