Chemie von Blei-Säure-Batterien

Der Joule-Thomson- (oder Joule-Kelvin-)Effekt beschreibt die Temperaturänderung eines realen Gases, wenn es unter Isolierung durch ein Ventil oder einen porösen Stopfen gepresst wird (isenthalpischer Prozess). Bei einem bestimmten Druck hat ein Gas eine Inversionstemperatur. Expandiert es unter diese Temperatur, kühlt es ab; expandiert es darüber, erwärmt es sich. Dieser Kühleffekt ist ein Grundpfeiler der modernen Kälte- und Verflüssigungstechnik.

Eine der vier Maxwell-Gleichungen, das Gaußsche Gesetz für Magnetismus, besagt, dass der magnetische Nettofluss aus jeder geschlossenen Fläche gleich Null ist. Dies wird mathematisch ausgedrückt als [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. Dieses Gesetz ist eine Erklärung für die experimentelle Beobachtung, dass magnetische Monopole (isolierte Nord- oder Südpole) noch nie entdeckt wurden. Magnetische Feldlinien bilden immer geschlossene Schleifen.

Elektromagnetische Wellen sind Störungen des elektromagnetischen Feldes, die sich durch den Raum ausbreiten und Energie übertragen. Sie werden durch die Beschleunigung elektrischer Ladungen erzeugt und bestehen aus synchronisierten, senkrechten Schwingungen von elektrischen und magnetischen Feldern. Im Vakuum bewegen sie sich mit der Lichtgeschwindigkeit [latex]c[/latex]. Das elektromagnetische Spektrum umfasst Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen.

Die Clausius-Clapeyron-Beziehung beschreibt die Beziehung zwischen Druck und Temperatur für einen Stoff an einem Phasenübergang, z. B. zwischen Flüssigkeit und Dampf. Für Wasserdampf zeigt sie, dass der Sättigungsdampfdruck exponentiell mit der Temperatur ansteigt. Die Näherungsform lautet [latex]\frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}[/latex], wobei L die latente Wärme ist.

Wirbelströme sind elektrische Stromschleifen, die gemäß dem Faradayschen Gesetz durch ein sich änderndes Magnetfeld in Leitern induziert werden. Sie fließen in geschlossenen Schleifen in Ebenen senkrecht zum Magnetfeld. Nach dem Lenzschen Gesetz erzeugen diese Ströme ein eigenes Magnetfeld, das der Änderung des äußeren Flusses entgegenwirkt und so eine Abstoßungs- oder Widerstandskraft sowie Widerstandserwärmung verursacht.

Der Blei-Säure-Akkumulator ist der erste wiederaufladbare Akkumulator und wurde 1859 von Gaston Planté erfunden. Er arbeitet mit einer Bleianode (Pb) und einer Bleidioxidkathode (PbO₂), die in einen Schwefelsäureelektrolyten (H₂SO₄) eingetaucht sind. Beim Entladen wandeln sich beide Elektroden in Bleisulfat (PbSO₄) um. Dieser Prozess kehrt sich beim Laden um und ermöglicht so die Speicherung und Wiederverwendung von Energie.

Dies ist die Differentialform des Faradayschen Induktionsgesetzes, einer der vier Maxwellschen Gleichungen. Es besagt, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ([latex]\mathbf{B}[/latex]) immer mit einem räumlich veränderlichen, nicht konservativen elektrischen Feld ([latex]\mathbf{E}[/latex]) einhergeht. Die Beziehung wird ausgedrückt als [latex]\nabla \mal \mathbf{E} = -\frac{\teilweise \mathbf{B}}{\teilweise t}[/latex]. Diese Gleichung regelt, wie wechselnde Magnetfelder elektrische Felder an einem bestimmten Punkt im Raum erzeugen.

Die Maxwell-Gleichungen bestehen aus vier gekoppelten partiellen Differentialgleichungen, die die Grundlage des klassischen Elektromagnetismus bilden. Sie beschreiben, wie elektrische und magnetische Felder durcheinander sowie durch Ladungen und Ströme erzeugt und verändert werden. Es handelt sich um das Gaußsche Gesetz, das Gaußsche Gesetz für Magnetismus, das Faradaysche Induktionsgesetz und das Ampère-Maxwell-Gesetz.

Die Boltzmann-Verteilung beschreibt die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein System im thermischen Gleichgewicht bei der Temperatur T in einem bestimmten Mikrozustand mit der Energie E befindet. Diese Wahrscheinlichkeit ist proportional zum Boltzmann-Faktor, [latex]e^{-E / k_B T}[/latex]. Daraus folgt, dass Zustände mit niedrigerer Energie exponentiell wahrscheinlicher besetzt sind als Zustände mit höherer Energie, wobei die Temperatur diese Präferenz moduliert.