كيمياء بطاريات الرصاص الحمضية

يصف تأثير جول-ثومسون (أو جول-كلفن) التغير في درجة حرارة غاز حقيقي عند دفعه عبر صمام أو سدادة مسامية مع الحفاظ على عزله (عملية إيزنثالبية). عند ضغط معين، يكون للغاز درجة حرارة انعكاسية. إذا تمدد إلى ما دون هذه الدرجة، يبرد؛ وإذا تمدد إلى ما فوقها، يسخن. يُعد هذا التأثير التبريدي حجر الزاوية في تقنيات التبريد والتسييل الحديثة.

تنص إحدى معادلات ماكسويل الأربع، وهي قانون جاوس للمغناطيسية على أن التدفق المغناطيسي الكلي الخارج من أي سطح مغلق يساوي صفرًا. ويُعبَّر عن ذلك رياضيًّا على الصورة [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. هذا القانون هو بيان للملاحظة التجريبية التي تفيد بأن الأقطاب الأحادية المغناطيسية (الأقطاب الشمالية أو الجنوبية المعزولة) لم تُكتشَف أبدًا. تشكل خطوط المجال المغناطيسي دائمًا حلقات مغلقة.

الموجات الكهرومغناطيسية هي اضطرابات المجال الكهرومغناطيسي التي تنتشر عبر الفضاء حاملة الطاقة. وهي تنشأ عن طريق تسارع الشحنات الكهربائية وتتكون من تذبذبات متزامنة ومتعامدة للمجالات الكهربية والمغناطيسية. وفي الفراغ، تنتقل بسرعة الضوء، [latex]c[/latex]. يشمل الطيف الكهرومغناطيسي موجات الراديو والموجات الدقيقة والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.

تصف علاقة كلاوزيوس-كلاوس-كلابيرون العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة لمادة ما في مرحلة انتقالية، مثل السائل والبخار. بالنسبة إلى بخار الماء، توضح هذه العلاقة أن ضغط بخار التشبع يزداد أسيًا مع درجة الحرارة. والصيغة التقريبية هي [latex] \frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}[/latex]، حيث L هي الحرارة الكامنة.

التيارات الدوامية هي حلقات من التيار الكهربائي المُستحثّ داخل موصلات كبيرة بفعل مجال مغناطيسي متغير، وفقًا لقانون فاراداي. تتدفق هذه التيارات في حلقات مغلقة في مستويات عمودية على المجال المغناطيسي. ووفقًا لقانون لينز، تُنشئ هذه التيارات مجالها المغناطيسي الخاص الذي يُعاكس التغير في التدفق الخارجي، مُسببةً قوة تنافر أو قوة سحب وتسخينًا مقاومًا.

بطارية الرصاص الحمضية هي أول بطارية قابلة لإعادة الشحن، اخترعها غاستون بلانتيه عام ١٨٥٩. تعمل باستخدام قطب موجب من الرصاص (Pb) وقطب سالب من ثاني أكسيد الرصاص (PbO₂) مغمورين في إلكتروليت حمض الكبريتيك (H₂SO₄). أثناء التفريغ، يتحول القطبان إلى كبريتات الرصاص (PbSO₄)، وهي عملية تُعكس أثناء الشحن، مما يسمح بتخزين الطاقة وإعادة استخدامها.

هذه هي الصورة التفاضلية لقانون فاراداي للحث، وهي إحدى معادلات ماكسويل الأربع. وينص هذا القانون على أن المجال المغناطيسي المتغير زمنيًّا ([latex]\mathbf{B}[/latex]) يصاحب دائمًا مجالًا كهربيًّا متغيرًا مكانيًّا وغير محافظ ([latex]\mathbf{E}[/latex]). يتم التعبير عن العلاقة على النحو التالي: [latex] \nنبلا \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex]. تتحكم هذه المعادلة في كيفية توليد المجالات المغناطيسية المتغيرة لمجالات كهربائية عند نقطة محددة في الفضاء.

معادلات ماكسويل هي مجموعة من أربع معادلات تفاضلية جزئية مقترنة تُشكل أساس الكهرومغناطيسية الكلاسيكية. تصف هذه المعادلات كيفية توليد المجالات الكهربائية والمغناطيسية وتغيرها بفعل بعضها البعض، وبفعل الشحنات والتيارات. وهي: قانون غاوس، وقانون غاوس للمغناطيسية، وقانون فاراداي للحث، وقانون أمبير-ماكسويل.

يصف توزيع بولتزمان احتمال أن يكون نظام ما في حالة توازن حراري عند درجة حرارة T في حالة صغرى محددة ذات طاقة E. يتناسب هذا الاحتمال مع عامل بولتزمان، [latex]e ^{-E/ k_B T}[/latex]. ويعني ذلك أن الحالات ذات الطاقة المنخفضة من المرجح أن تكون مشغولة أضعافًا مضاعفة أكثر من الحالات ذات الطاقة الأعلى، مع تعديل درجة الحرارة لهذا التفضيل.