Moderne Atomtheorie

Der elektrische Strom in einem Voltastapel wird durch eine Redoxreaktion erzeugt. An der Zinkanode wird das Zinkmetall oxidiert, wobei zwei Elektronen pro Atom freigesetzt werden ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Diese Elektronen wandern durch den äußeren Stromkreis zur Kupferkathode. Dort werden die Wasserstoffionen aus dem wässrigen Elektrolyten reduziert und bilden Wasserstoffgas ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

Die elektromotorische Kraft ([latex]\mathcal{E}[/latex]) ist die Arbeit, die pro Einheit elektrischer Ladung von einer nicht-elektrischen Quelle wie einer Batterie oder einem Generator verrichtet wird. Trotz ihres Namens handelt es sich nicht um eine mechanische Kraft, sondern um ein elektrisches Potenzial, das in Volt gemessen wird. Sie stellt die Energie dar, die von einer anderen Form (chemisch, mechanisch) in elektrische Energie umgewandelt wird, während eine Ladung die Quelle durchquert.

Die Kontinuumsannahme behandelt Flüssigkeiten als kontinuierliche Materie und nicht als diskrete Moleküle. Diese Vereinfachung ist gültig, wenn die Längenskala des Problems deutlich größer ist als der intermolekulare Abstand. Dadurch können Eigenschaften wie Dichte und Geschwindigkeit an infinitesimalen Punkten definiert werden. Dies ermöglicht die Verwendung von Differentialgleichungen zur Beschreibung des makroskopischen Verhaltens von Flüssigkeitsströmungen.

Der Voltaische Pfahl begründete das Prinzip der Addition von Spannungen durch Reihenschaltung elektrochemischer Zellen. Jedes Zink-Kupfer-Paar, oder jede Zelle, erzeugt eine charakteristische elektromotorische Kraft (EMK) von etwa 0,76 Volt. Durch physisches Stapeln dieser Zellen zeigte Volta, dass die Gesamtspannung über dem Pfahl die Summe der einzelnen EMKs jeder Zelle ist, wie durch [latex]V_{Gesamt} = n \mal V_{Zelle}[/latex] beschrieben.

Die erste elektrische Batterie erzeugte Gleichstrom durch die Übereinanderlagerung von Paaren unterschiedlicher Metallscheiben (z. B. Zink und Kupfer), die durch ein mit Salzlake getränktes Tuch getrennt waren. Jedes Paar bildete eine galvanische Zelle, und die Reihenschaltung erhöhte die Gesamtspannung. Diese Anordnung demonstrierte die erste kontinuierliche Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und ebnete den Weg für die moderne Elektrochemie.

Ein Hauptfehler der Voltasche Säule ist die Elektrodenpolarisation. Während des Betriebs bildet das an der Kupferkathode entstehende Wasserstoffgas eine isolierende Blasenschicht auf deren Oberfläche. Diese Schicht erhöht den Innenwiderstand der Batterie und verringert die für Reaktionen verfügbare Oberfläche. Infolgedessen sinken Spannung und Stromstärke der Säule kurz nach Inbetriebnahme deutlich ab.

Engineering stress ([latex]\sigma[/latex]) is the applied load divided by the original cross-sectional area ([latex]A_0[/latex]), while engineering strain ([latex]\epsilon[/latex]) is the change in length ([latex]\Delta L[/latex]) divided by the original length ([latex]L_0[/latex]). These definitions, [latex]\sigma = \frac{F}{A_0}[/latex] and [latex]\epsilon = \frac{\Delta L}{L_0}[/latex], are fundamental for plotting stress-strain curves but assume the specimen's dimensions remain constant during the test.

Die Navier-Stokes-Gleichungen sind eine Reihe nichtlinearer partieller Differentialgleichungen, die die Bewegung viskoser flüssiger Substanzen beschreiben. Sie sind eine Umsetzung des zweiten Newtonschen Gesetzes und gleichen Impulsänderungen mit Druckgradienten, viskosen Kräften und äußeren Kräften aus. Für eine inkompressible Flüssigkeit lautet die Gleichung [latex]\rho (\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex].