化學原理啟迪271
1. 到目前為止，我們都是用務實的方法討論電化學電池，不考慮理論背景，接下來我們將探討熱力學與電化學之間的關係。
2. 如果說，電子穿越電線傳導是因為電子背後的推力（熱力學的驅動力），這樣電流就可以做功，因為「功w」等於一個物質（電子）被一股「力量F」（驅動力）推動一段「距離d」：w＝F×d。
3. 驅動電子的力量（emf）稱為「電位差potential」（單位伏特volts），電位差是指電線二端電位的差距。
4. 再複習一次，伏特volt代表傳遞每庫倫coulomb電荷做出的功（焦耳）：
電動勢emf＝電位差potential difference(V)＝work(J)/charge(C)
當1庫倫電子傳導通過「二端電位差是1伏特volt的電線」所做出（＋）或需要（－）的1焦耳J的功。
5. 在這本教科書，功是從系統的角度來看。因此，系統對外做出的功是負號「－」。電池能夠產生電流，代表電池的電位差是正的，電流可用來做功，例如驅動馬達運轉。電池的電流流出去做功，所以功也是「負號」。
6. 電池的電位差（E）與功（w）正負號相反：
E＝－w/q (w＝work，q＝charge)
每庫倫電荷q所做的功w的負值就是「電位差E」
因此 －w＝qE
「功w」的負值等於「電荷庫倫數q」×「電位差E」
7. 從這個方程式我們發現，電池的電位差最大時，電池能做出最大功
－ wmax＝qEmax 或 wmax＝－qEmax
8. 然而這裡有個問題，系統（電池）做電功時，電流必須流動，當電流流動的時候，能量無可避免地會因為摩擦而流失，所以我們不會得到最大功；這反映一個重要的法則：任何現實的「自發性過程」，一定會浪費掉一些能量，「實際做的功」一定比「計算上的最大功」小。
9. 我們已經討論過，只有理論上的可逆程序才能做出最大功，電池的可逆反應，代表只有非常微量的電流通過電線，也因此做功會花無限多的時間。
10. 雖然電池實際上釋放的電流不可能達到最大功，但是我們可利用電位差計或數位伏特計測量出電池的最大電位差，這些儀器用發出相反方向的電流，阻止電池的電流通過的方法測量，電流無法通過就不會浪費任何能量，因此測量到的電位差是最大值。
11. 雖然我們從未實際掌握電池反應的最大功，但它對衡量電池實際反應效率十分有幫助，舉例來說，假設有個電池的最大電位差是2.50V，進行某個實驗時，通過電池的電子是1.33moles，並且這個電池實際上的平均電位差是2.10V，那麼這個電池實際做的功是：
功w＝－qE
注：E代表實際電位差，這裡是2.10V或2.10J/C，而q代表傳遞的電荷量，單位是庫倫。
法拉第授課 圖2
12. 1mole電子稱為法拉第faraday(簡寫F)：每莫耳電子的電荷是96,485庫倫的電荷，因此q是「電子的莫耳數」×「每莫耳的電荷」
電荷量q＝nF＝1.33mole e－ × 96,485 C/mol e－
13. 所以這個實驗實際做的功是：
實際上的功w＝－qE
＝－（1.33mole e－ × 96,485 C/mol e－）×（2.10 J/C）
＝－2.69×105J
14. 這是這個電池實際進行反應有可能做出的最大功，這個計算結果接近的理論推估的數值，差別在於使用的最大電位差：
理論上的最大功wmax＝－qEmax
＝－（1.33mole e－ × 96,485 C/mol e－）（2.50 J/C）
＝－3.21×105J
15. 因此這個電池的效能是
﹝w/wmax﹞×100%
＝﹝（－2.69×10－5J）/（－3.21×105J）﹞×100%
＝83.8%
徐弘毅：
1. 什麼是「電位差E」？解釋：(1).電位差是陽極物質釋放電子的力量與陰極物質拉電子的力量，這二股力量的差距；(2).「電位差」是電池驅動電子移動的力量，基本上來自於陰極「氧化劑」物質吸引電子的力量。
2. 什麼是「電荷數量q」？電荷量是指通過電線的電子數量到底有多少，就像在計算水流的流量大小一樣。
3. 什麼是「電功w」？電功是電位差E×電荷數量q，也就是電池驅動一批電子移動能力，這個能力可用來運轉各種電器，像是電燈、冷氣、電腦……等等。
4. 電池「實際上能做的最大電功」經常小於「理論上能做的最大電功」，為什麼？因為電流通過電線就會產生「熱」使能量流失，電燈泡發光就是利用這個原理，讓電流通過鎢絲產生光和熱。由於電流會在移動過程中消耗調一些能量，所以電池實際上所做的功，往往會比理論上預期的小。
5. 怎麼計算實際的功？實際測量電池釋放通過電線的電流伏特大小，用實際的電流量來計算，不是用標準電位差表格上的理論數值計算。
6. 估計清楚實際與理論之間的落差，就能準確評估電池的效能。電池效能的計算方式是：（實際上的電功÷理論上的電功）×100％。
7. 每一個人都累積了不同程度的「學術、知識、經驗與技術」，這些東西叫做「知識存量」。每一個人的知識存量都不同，領導人的知識存量如果沒有比下面的人高多少，他就沒有辦法做好領導與管理的工作。這就像陰極的「氧化劑」（領導人）沒有能力吸引電子，根本無法產生電流做功。
8. 總統的知識存量如果低於副參謀總長，那麼軍紀一定會發生非常嚴重的問題，總統的知識存量如果低於交通部次長，那麼交通建設一定一團亂。
9. 教育部長的知識存量如果低於新北市教育局長那會發生什麼狀況？新北市的校長會聯合起來收營養午餐的回扣；教育部長的知識存量如果低於桃園縣教育局長，桃園縣一定不停發生霸凌事件。如果郭台銘的知識存量低於富士康的一個中級幹部，那麼鴻海集團一定會瓦解，這是鐵律。
10. 為什麼台灣政府的「行政效率」一直不如香港、新加坡？簡單地說，就是從行政院各部會的首長開始，一直到最基層的公務員，整體的「知識存量」輸給別人；為什麼裕隆汽車比不上BMW？因為裕隆汽車所有主管與員工的知識存量輸給BMW，這是鐵律，也是現實，不需要狡辯。
11. 台灣的交通部長知識存量跟地方的交通局長沒有太大差別，地方的交通局長又跟下面的股長沒有太大的落差，更嚴重的是，絕大多數的交通部文官的知識水準都遠低於一般的包商，所以台灣的馬路永遠都是坑坑洞洞無法解決，台鐵公司就永遠不斷地虧損、誤點、髒亂無法解決。
12. 有沒有一套標準來衡量公務人員的素質？絕對不可能依賴監察院與考試院，他們的知識存量比地方基層公務員還要差。台灣最大的不公平就是官愈大，愈沒有知識水準，然後薪水愈多。台灣政府如果要提升行政效率最簡單的方法就是各行政單位都通過國際ISO認證，年年考核，裁撤掉銓敘部。
13. 當內政部長江宜樺對天發誓內政部要通過國際ISO認證，上帝會不會幫助他實現這個願望？絕對不可能。因為江宜樺不是國際頂尖的學者，知識水準不夠，個人也沒有企業經營管理的經驗，微軟、蘋果、上銀、85度C絕對不可能請江宜樺去當CEO，所以發誓也沒有用。上帝只與最頂尖的知識份子同在。
14. 當行政院各部會的首長是由國際一流的學者或在國際企業當過CEO的人來擔任，就比較可能行政效率通過國際ISO認證；但是部長做一個明智的決策的時候，下面的人的智商與能力可以配合得上嗎？
15. 因為台灣考試院選拔公務人員一向都只會找死背書的人，絕對不可能找有獨立思考、有創新能力、真才實學的人，所以中間會產生「廢熱」，也就是效能會太低，上面的命令下面無法實踐、陰奉陽違，符合王建煊所說的「做1萬元的工作，領9萬的薪水」。
16. 一流的領導人他不單單自己學識豐富可以做明確的決策與判斷，同時他也必須要是一位優異的教育者，他可以一步一步地教導所有的行政執行細節，並且啟發下面的人的智慧，讓他們懂得靈活做事來疼愛百姓。
17. 愚蠢的領導人一定官僚、光說不練，只會說不會做，只會作秀不會做事，只會下胡亂命令卻不懂行政細節與程序正義，一出事就會推卸責任，永遠都不守信用。
參考資料：
沒有留言:
張貼留言