Química de las baterías de plomo-ácido

El efecto Joule-Thomson (o Joule-Kelvin) describe el cambio de temperatura de un gas real cuando se le fuerza a pasar a través de una válvula o tapón poroso mientras se mantiene aislado (un proceso isentálpico). A una presión dada, un gas tiene una temperatura de inversión. Si se expande por debajo de esta temperatura, se enfría; si se expande por encima de ella, se calienta. Este efecto de enfriamiento es fundamental en la refrigeración y la licuefacción modernas.

Una de las cuatro ecuaciones de Maxwell, la ley de Gauss para el magnetismo, establece que el flujo magnético neto fuera de cualquier superficie cerrada es cero. Esto se expresa matemáticamente como [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. Esta ley es una afirmación de la observación experimental de que nunca se han detectado monopolos magnéticos (polos norte o sur aislados). Las líneas de campo magnético siempre forman bucles cerrados.

Las ondas electromagnéticas son perturbaciones del campo electromagnético que se propagan por el espacio transportando energía. Se crean acelerando cargas eléctricas y consisten en oscilaciones sincronizadas y perpendiculares de los campos eléctrico y magnético. En el vacío, viajan a la velocidad de la luz, [latex]c[/latex]. El espectro electromagnético abarca las ondas de radio, las microondas, los infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

La relación Clausius-Clapeyron describe la relación entre presión y temperatura para una sustancia en una transición de fase, como líquido y vapor. Para el vapor de agua, muestra que la presión de vapor de saturación aumenta exponencialmente con la temperatura. La forma aproximada es [latex]\frac{dp}{dT} = \frac{L}{T(V_v - V_l)} \approx \frac{L p}{R_v T^2}[/latex], donde L es el calor latente.

Las corrientes de Foucault son bucles de corriente eléctrica inducidos en conductores masivos por un campo magnético variable, de acuerdo con la ley de Faraday. Fluyen en bucles cerrados en planos perpendiculares al campo magnético. Según la ley de Lenz, estas corrientes crean su propio campo magnético que se opone al cambio en el flujo externo, provocando una fuerza de repulsión o arrastre y un calentamiento resistivo.

La batería de plomo-ácido es la primera batería recargable, inventada por Gaston Planté en 1859. Funciona con un ánodo de plomo (Pb) y un cátodo de dióxido de plomo (PbO₂) sumergidos en un electrolito de ácido sulfúrico (H₂SO₄). Durante la descarga, ambos electrodos se convierten en sulfato de plomo (PbSO₄), un proceso que se invierte durante la carga, lo que permite el almacenamiento y la reutilización de energía.

Es la forma diferencial de la ley de inducción de Faraday, una de las cuatro ecuaciones de Maxwell. Establece que un campo magnético variable en el tiempo ([latex]\mathbf{B}[/latex]) siempre acompaña a un campo eléctrico variable espacialmente y no conservativo ([latex]\mathbf{E}[/latex]). La relación se expresa como [latex]\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\parcial \mathbf{B}}{\parcial t}[/latex]. Esta ecuación gobierna cómo los campos magnéticos cambiantes crean campos eléctricos en un punto específico del espacio.

Las ecuaciones de Maxwell son un conjunto de cuatro ecuaciones diferenciales parciales acopladas que constituyen la base del electromagnetismo clásico. Describen cómo los campos eléctricos y magnéticos se generan y alteran entre sí, así como por las cargas y las corrientes. Son la ley de Gauss, la ley de Gauss para el magnetismo, la ley de inducción de Faraday y la ley de Ampère-Maxwell.

La distribución de Boltzmann describe la probabilidad de que un sistema en equilibrio térmico a temperatura T se encuentre en un microestado específico con energía E. Esta probabilidad es proporcional al factor de Boltzmann, [latex]e^{-E / k_B T}[/latex]. Implica que los estados con menor energía tienen exponencialmente más probabilidades de ser ocupados que los estados con mayor energía, siendo la temperatura la que modula esta preferencia.