2011年12月7日 星期三

電池的電位差 Cell Potential


化學原理啟迪266
1.     電池的組成方式是,其中一端是氧化劑,另一端是還原劑氧化劑就是需要電子,還原劑就是電子太多必須釋放電子,氧化劑對電子的需要,把電子從還原劑那一端透過「電線」傳導拉過來。
2.     這股對電子的拉力或驅動力稱為電池的電位差cell potential或電池的電動勢electromotive forceemf電位差的單位是伏特volt(簡寫V),1伏特的定義是1庫倫電荷做一焦耳J的功
3.     我們如何測量電池的電位差?其中一種測量電池電位差的儀器是伏特計voltmeter,做法是讓電流通過一個電阻。
4.     然而,當電流通過一條電線,會摩擦生熱,浪費掉一些電池的能量(所以電流通過伏特計的電阻時,勢必會浪費掉一些電池的能量)。因此傳統伏特計測量出來的電池電位差,會低於電池最大的電位差。
5.     要測出最大電位差的關鍵在於,檢測儀器的電阻沒有電流通過。因為沒有電流通過就不會摩擦生熱、不會發生能量浪費的問題。
6.     新式伏特計測量電流的方法是,在電池的電線中間插入測量儀器,儀器可提供各種伏特的電流,這些電流與電池的電流方向相反。說明電流伏特的儀器稱為電位器potentiometer。

7.     當儀器發出的電流剛好抵銷調電池迴路的電流時,我們就測量到電池的最大電位差。這種情況下,電池的電位差大小等於電位器電流的伏特值;電池的電流是與伏特計的電流相反的。
8.     用這個方法測量出來的數值,是電池的最大電位差,因為電位器發出的電流完全阻止電池電流通過它,所以沒有電流穿過電線摩擦生熱耗費掉電池能量的問題。
9.     先進的電子科技已經設計出數位伏特計digital voltmeters,數位伏特計連微量的電流都可測量出來。因為電子設備使用比較方便,現代實驗室已經用數位伏特計取代傳統伏特計。
n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles ;圖片來源:Chemwiki.ucdavis.edu

徐弘毅:
1.     二種會彼此轉移電子的物質,放在不同的位置(例如2個獨立的燒杯),接上電線,為什麼會產生電流?因為其中一端的物質「氧化劑」非常需要電子,會從電線吸走電子,而缺電的電線又從另一端「還原劑」身上補回電子,這個過程造成電子的流動
2.     「氧化劑」對電子的需求與「還原劑」對電子的供應這二股力量造成電的流動;就像經濟市場交易的驅動力主要是需求面,電流產生電位差的力量來源是「氧化劑」對電子的需求;「氧化劑」對電子的拉力或驅動力稱為「電位差」或「電動勢」
3.     不同的電位差產生的電流不同,衡量電位差大小的單位是「伏特」;伏特的定義是:電流做1焦耳功每庫倫傳遞的電荷
4.     測量電池電位差的工具是伏特計。有一種測量電流的方法是讓電流通過電阻來測量,這種測量方法有一個缺點,就是電流通過電阻的時候會摩擦生熱,消耗掉一些電能,這讓我們無法完全掌握真正的最大電位差。
5.     另一種測量電池電位差的方法是用伏特計阻止電池的電流通過。由伏特計發出份量相同、方向相反的電流,阻止「還原劑」提供的電流,我們從伏特計花多少電量阻止電池的電流通過,就測量出電池的電位差,這就是「作用力」等於「反作用力」的道理。
6.     電池原理就是電子的供需問題,「氧化劑」對電子有需求,「還原劑」可提供電子,再加上恰當供需管道「電線」連接這二種物質,與維持二個系統電中性的「鹽橋」。
7.     自由市場經濟,必須遵行「供給與需求」法則,貨物多需求少,東西就便宜,貨物少需求大,東西就貴政府只有一個主要功能:維護社會公平正義、保障契約,政府扮演鹽橋的角色,維持系統電子可源源不絕流動。
8.     如果需求面「氧化劑」不需要太多的電子,而供給面「還原劑」卻會產生許多電子,那會產生什麼後果?結果電流還是會依照需求面「氧化劑」需要多少電子來決定,所以產生的「電流」非常小。
9.     如果需求面「氧化劑」需要很多電子,而供應面「還原劑」不能產生很多電子,那會產生什麼結果?結果產生很大的電流,但是不久之後就沒電了,因為供應面「還原劑」無法再提供電子。
10. 亞當史密斯的《國富論》重點:
一、經濟繁榮的關鍵是「自由貿易與細密的分工」。所有的物質依據它們的比較需要電子或比較容易提供電子的差異性,分為氧化劑或還原劑;氧化劑與還原劑二種物質必須各自獨立分開,如同經濟社會細密分工;二種物質之間接上電線使電子互通有無,這是自由貿易的通路。
二、特權與壟斷對經濟長久發展有大害壟斷如同切斷電線,氧化劑與還原劑無法互取所需,電源供應中斷;特權如同在電線上裝電阻,電流通過時摩擦變成廢熱,浪費電能。
三、「公平法治、自由競爭」的社會才有利發展經濟。
四、自由市場,必須建立在公平正義的社會基礎上。

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