Вольта-потенциал

редактировать

Вольта-потенциал (также называется Вольта-потенциал разность, контактная разность потенциалов, внешняя разность потенциалов, Δψ или "дельта фунт / кв. дюйм") в электрохимии - это электростатический потенциал разница между двумя металлами ( или один металл и один электролит ), 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 электролит ).

Потенциал Вольта назван в честь Алессандро Вольта.

Содержание

1 Вольта-потенциал между двумя металлами
2 Измерение вольта-потенциала (датчик Кельвина)
3 См. Также
4 Ссылки

Вольта-потенциал между двумя металлами

Когда два изображенные здесь металлы находятся в термодинамическом равновесии друг с другом, как показано (равны уровни Ферми ), вакуум электростатический потенциал ϕ не является плоским из-за разницы в работе выхода.

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, например, через длинный электропроводящий провод), электроны будут поток от металла с более высоким уровнем Ферми к металлу с более низким уровнем Ферми i, пока уровни Ферми в обеих фазах не сравняются. Как только это произошло, металлы находятся в термодинамическом равновесии друг с другом (фактическое количество электронов, проходящих между двумя фазами, обычно мало). Однако то, что уровни Ферми равны, не означает, что электрические потенциалы равны. Электрический потенциал вне каждого материала контролируется его работой выхода, поэтому у разнородных металлов может быть разность электрических потенциалов даже в состоянии равновесия.

Вольта-потенциал не является внутренним свойством двух рассматриваемых массивных металлов, а скорее определяется разницей работы выхода между поверхностями металлов. Так же, как работа выхода, потенциал Вольта сильно зависит от состояния поверхности, загрязнения и так далее.

Измерение вольта-потенциала (зонд Кельвина)

Энергетическая диаграмма зонда Кельвина в плоской вакуумной конфигурации, используемая для измерения вольта-потенциала между образцом и зондом.

Вольта-потенциал может быть значительным (порядка 1 вольт), но его нельзя измерить напрямую обычным вольтметром. Вольтметр не измеряет электростатические потенциалы вакуума, а вместо этого измеряет разницу в уровне Ферми между двумя материалами, разность, которая равна нулю в состоянии равновесия.

Вольта-потенциал, однако, соответствует реальному электрическому полю в пространствах между двумя металлическими объектами и вокруг них, полю, создаваемому накоплением зарядов на их поверхностях. Общий заряд $Q {\ displaystyle Q}$ $Q$ на поверхности каждого объекта зависит от емкости $C {\ displaystyle C}$ $C$ между два объекта по отношению $Q = C Δ ψ {\ displaystyle Q = C \ Delta \ psi}$ $Q = C \ Delta \ psi$ , где $Δ ψ {\ displaystyle \ Delta \ psi}$ $\ Delta \ psi$ - 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 через провод, который их соединяет.

Разность потенциалов Вольта между металлом и электролитом может быть измерена аналогичным образом. Вольта-потенциал металлической поверхности может быть нанесен на карту в очень малых масштабах с использованием зондового силового микроскопа Кельвина на основе атомно-силовой микроскопии. На больших площадях, от миллиметров до сантиметров, можно использовать сканирующий зонд Кельвина (SKP), 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, так что изменение емкости не индуцирует ток. Это компенсирующее напряжение является отрицательным по отношению к потенциалу Вольта.

См. Также

Литература