घर » ईंधन सेल क्षमता के लिए नेर्नस्ट समीकरण

ईंधन सेल क्षमता के लिए नेर्नस्ट समीकरण

1889

Walther Nernst

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

द नर्न्स्ट समीकरण प्रतिवर्तीता को मापता है वैद्युतवाहक बल (ईएमएफ) or open-circuit voltage of a ईंधन सेल under non-standard conditions. It links the cell potential ([latex]E[/latex]) to its standard potential ([latex]E^0[/latex]), temperature, and the activities (approximated by partial pressures) of reactants and products. The equation is [latex]E = E^0 – \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], where Q is the reaction quotient.

The Nernst equation is a cornerstone of electrochemistry, derived from the relationship between the change in Gibbs free energy and the cell potential, [latex]\Delta G = -nFE[/latex]. In the equation [latex]E = E^0 – \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], [latex]R[/latex] is the universal gas constant, [latex]T[/latex] is the absolute temperature in Kelvin, [latex]n[/latex] is the number of moles of electrons transferred per mole of reaction, and [latex]F[/latex] is the Faraday constant (charge per mole of electrons). The reaction quotient [latex]Q[/latex] for a hydrogen-oxygen fuel cell ([latex]H_2 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow H_2O[/latex]) is [latex]Q = \frac{p_{H_2O}}{p_{H_2} \cdot p_{O_2}^{1/2}}[/latex], where [latex]p[/latex] represents the partial pressures of the gaseous species.

यह समीकरण ईंधन सेल के व्यवहार के कई प्रमुख पहलुओं को उजागर करता है। सबसे पहले, यह दर्शाता है कि अभिकारकों के आंशिक दाब (pH₂, pO₂) बढ़ने पर सेल वोल्टेज बढ़ता है और उत्पाद के आंशिक दाब (pH₂O) बढ़ने पर घटता है। दूसरे, यह आदर्श वोल्टेज की तापमान निर्भरता का वर्णन करता है। जबकि नेर्नस्ट समीकरण अधिकतम सैद्धांतिक वोल्टेज को परिभाषित करता है, ईंधन सेल का वास्तविक परिचालन वोल्टेज हमेशा कम होता है, क्योंकि सेल से धारा प्रवाहित होने के बाद प्रतिक्रिया गतिकी, आंतरिक प्रतिरोध और द्रव्यमान परिवहन सीमाओं के कारण अप्रतिवर्ती हानियाँ उत्पन्न होती हैं जिन्हें ओवरपोटेंशियल (या ध्रुवीकरण) कहा जाता है।

पर्यावरण प्रभाव, ईंधन सेल, हाइड्रोजन, ऊष्मागतिकी

UNESCO Nomenclature: 2203

भौतिक रसायन विज्ञान

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

ठोस

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

ऊष्मागतिकी के नियम, विशेष रूप से रासायनिक विभव पर गिब्स का कार्य
फैराडे के विद्युत अपघटन के नियम
रासायनिक संतुलन की अवधारणा और द्रव्यमान क्रिया का नियम

आवेदन

विशिष्ट परिचालन तापमान और दबावों के तहत ईंधन सेल के अधिकतम संभावित वोल्टेज का पूर्वानुमान लगाना
अभिकारक की कमी के कारण ईंधन सेल के प्रदर्शन और वोल्टेज हानि का मॉडलिंग करना
वोल्टेज और दक्षता बढ़ाने के लिए उच्च दबाव वाले ईंधन सेल सिस्टम का डिजाइन तैयार करना
विद्युत रसायन विज्ञान और बैटरी विज्ञान में मौलिक अनुसंधान
आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड और पीएच मीटर का अंशांकन

पेटेंट:

संभावित नवाचार विचार

बॉट ट्रैफिक को कम करने के कारण, जो वर्तमान में प्रति दिन 40,000 से अधिक है, यह सामग्री केवल समुदाय के सदस्यों के लिए आरक्षित है।
> लॉगिन < या > रजिस्टर < इस सामग्री और अन्य सभी प्रतिबंधित सामग्रियों और उपकरणों तक पहुंच (100% निःशुल्क) है।

संबंधित विषय: नेर्नस्ट समीकरण, विद्युत रसायन विज्ञान, सेल विभव, वोल्टेज, गिब्स मुक्त ऊर्जा, अभिक्रिया भागफल, आंशिक दाब, ऊष्मागतिकी, वाल्थर नेर्नस्ट, ओपन-सर्किट वोल्टेज।

ऐतिहासिक संदर्भ

विद्युतचुंबकीय संवेग

विद्युतचुंबकीय क्षेत्र संवेग वहन कर सकते हैं। विद्युतचुंबकीय क्षेत्र का संवेग घनत्व पॉयंटिंग सदिश [latex]vec{S}[/latex] को प्रकाश की गति के वर्ग से भाग देने पर प्राप्त होता है, [latex]vec{g} = vec{S}/c^2 = (vec{E} times vec{B})/(mu_0 c^2)[/latex]। आवेशित कणों और क्षेत्रों के एक तंत्र में संवेग के संरक्षण के लिए, कणों के यांत्रिक संवेग के साथ-साथ क्षेत्रों के संवेग को भी शामिल किया जाना चाहिए।

वायुगतिकी में माच संख्या और संपीड्यता को दर्शाता हुआ सुपरसोनिक जेट।.

मैक संख्या और संपीड्यता

मैक संख्या (M) एक आयामहीन मात्रा है जो किसी सीमा के पार प्रवाह वेग और स्थानीय ध्वनि की गति के अनुपात को दर्शाती है: [latex]M = v/a[/latex], जहाँ v प्रवाह वेग है और a ध्वनि की गति है। यह संपीड्यता प्रभावों का प्राथमिक सूचक है। जैसे-जैसे मैक संख्या 1 के निकट पहुँचती है और उससे अधिक हो जाती है, वायु का घनत्व काफी बदल जाता है, जिससे वायुगतिकीय बल भी बदल जाते हैं।

औद्योगिक अनुप्रयोग में दृश्यमान स्टेटर और रोटर घटकों वाला एसी इंडक्शन मोटर।.

एसी इंडक्शन मोटर्स

एसी इंडक्शन मोटर स्टेटर द्वारा उत्पन्न घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र के सिद्धांत पर कार्य करती है। यह क्षेत्र स्टेटर की विभिन्न वाइंडिंग में बहुचरणीय एसी धारा प्रवाहित करके उत्पन्न होता है। घूर्णनशील क्षेत्र रोटर चालकों (जैसे, स्क्विरल केज) में धाराएँ प्रेरित करता है, जिससे एक विपरीत चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। इन क्षेत्रों की परस्पर क्रिया से घूर्णी बल उत्पन्न होता है।

ईंधन सेल क्षमता के लिए नेर्नस्ट समीकरण

विद्युत और चुम्बकत्व में गतिज विद्युत-चुंबकीय प्रेरक बल का प्रदर्शन करने वाला समध्रुवीय जनित्र।.

गतिज विद्युतगतिशील बल

जब कोई चालक चुंबकीय क्षेत्र से होकर गुजरता है, तो गतिज विद्युत परिवर्तन (EMF) उत्पन्न होता है। चालक के भीतर आवेश वाहकों पर लोरेंत्ज़ बल का चुंबकीय घटक, [latex]mathbf{F} = q(mathbf{v} times mathbf{B})[/latex], कार्य करता है, जिससे वे गतिमान हो जाते हैं और आवेश पृथक्करण उत्पन्न होता है। यह पृथक्करण एक विद्युत क्षेत्र और विभवांतर स्थापित करता है। परिणामी EMF को रेखा समाकलन [latex]mathcal{E} = oint (mathbf{v} times mathbf{B}) cdot dmathbf{l}[/latex] द्वारा दर्शाया जाता है।

विश्लेषणात्मक रसायन विज्ञान में वितरण अनुपात प्रदर्शित करने वाला द्रव-द्रव निष्कर्षण सेटअप।.

एलएलई में वितरण अनुपात

वितरण अनुपात (D) द्रव-द्रव निष्कर्षण (LLE) में एक प्रमुख संतुलन पैरामीटर है, जिसे कार्बनिक चरण में विलेय की कुल विश्लेषणात्मक सांद्रता को जलीय चरण में उसकी कुल सांद्रता से विभाजित करके परिभाषित किया जाता है। [latex]D = frac{[S]_{org,total}}{[S]_{aq,total}}[/latex]। विभाजन गुणांक (K_D) के विपरीत, D विलेय के सभी रूपों को ध्यान में रखता है, जिसमें वियोजित या संयुग्मित रूप भी शामिल हैं, जिससे यह pH पर निर्भर करता है।

हैम्पसन-लिंडे चक्र

हैम्पसन-लिंडे चक्र जूल-थॉमसन प्रभाव और पुनर्योजी शीतलन के संयोजन से हवा जैसी गैसों को द्रवीकृत करता है। उच्च दाब वाली गैस को विपरीत दिशा में प्रवाहित ऊष्मा विनिमयक में विस्तार वाल्व से लौट रही ठंडी, निम्न दाब वाली गैस द्वारा ठंडा किया जाता है। इससे वाल्व पर तापमान धीरे-धीरे कम होता जाता है जब तक कि यह क्रांतिक बिंदु से नीचे नहीं गिर जाता और द्रवीकरण शुरू नहीं हो जाता, जो आधुनिक गैस द्रवीकरण उद्योग का आधार बनता है।

1884

1887

1888

1889

1890

1895

1884

1885

1887

1889

1890

1895

एक पुरानी प्रयोगशाला की पृष्ठभूमि में एक रसायनज्ञ ले शाटिए का सिद्धांत प्रदर्शित कर रहा है।.

ले चेटेलियर का गतिशील संतुलन सिद्धांत

ले चेटेलियर का सिद्धांत कहता है कि यदि गतिशील संतुलन को स्थितियों को बदलकर परेशान किया जाता है, तो संतुलन की स्थिति परिवर्तन का प्रतिकार करने के लिए चलती है। यह सिद्धांत, जिसे संतुलन कानून के रूप में भी जाना जाता है, संतुलन में एक रासायनिक प्रणाली पर एकाग्रता, तापमान या दबाव में बदलाव के गुणात्मक प्रभाव की भविष्यवाणी करता है। यह समझने में मदद करता है कि उत्क्रमणीय प्रतिक्रियाएं बाहरी तनावों पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं।

यांत्रिकी में मकई के आटे और पानी के मिश्रण के शीयर-थिकनिंग व्यवहार का प्रदर्शन करते हुए शोधकर्ता।.

शियर-थिकनिंग (डाइलेटेंसी)

शियर-थिकनिंग, या डाइलटेंसी, एक गैर-न्यूटनियन व्यवहार है जहाँ श्यानता शियर स्ट्रेस की दर के साथ बढ़ती है। इसका एक उत्कृष्ट उदाहरण पानी में कॉर्नस्टार्च का निलंबन (ऊब्लैक) है, जो धीरे-धीरे हिलाने पर तरल प्रतीत होता है, लेकिन तेजी से हिलाने या झटका देने पर लगभग ठोस हो जाता है। यह घटना उच्च शियर के तहत निलंबित कणों के फंसने के कारण होती है।

भौतिक रसायन विज्ञान में राउल्ट के नियम को दर्शाने वाला 19वीं सदी का प्रयोगशाला प्रयोग।.

आदर्श विलयनों के लिए राउल्ट का नियम

राउल्ट का नियम कहता है कि द्रवों के आदर्श मिश्रण में प्रत्येक घटक का आंशिक वाष्प दाब, शुद्ध घटक के वाष्प दाब को मिश्रण में उसके मोल अंश से गुणा करने के बराबर होता है। इसका सूत्र है [latex]P_i = P_i^* x_i[/latex], जहाँ [latex]P_i[/latex] घटक का आंशिक दाब है, [latex]P_i^*[/latex] उसका शुद्ध वाष्प दाब है, और [latex]x_i[/latex] उसका मोल अंश है।

इलेक्ट्रोकेमिकल सेल: नर्नस्ट समीकरण के अनुप्रयोग इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में।.

नेर्नस्ट समीकरण

नेर्नस्ट समीकरण अर्ध-कोशिका (या विद्युत रासायनिक कोश के कुल वोल्टेज) के अपचयन विभव को मानक इलेक्ट्रोड विभव, तापमान और अपघटन से गुजरने वाली रासायनिक प्रजातियों की सक्रियता (अक्सर सांद्रता द्वारा अनुमानित) से संबंधित करता है। समीकरण है: [latex]E = E^{circ} - frac{RT}{nF} ln Q[/latex], जहाँ Q अभिक्रिया भागफल है।

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री प्रयोगशाला में लिथियम-आयन बैटरी परीक्षण।.

रासायनिक विद्युतप्रेरक बल

बैटरी और ईंधन सेल जैसी विद्युत रासायनिक कोशिकाओं में, विद्युत गतिमान विद्युत (ईएमएफ) रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा उत्पन्न होती है। आवेश का पृथक्करण दो अलग-अलग इलेक्ट्रोडों पर होने वाली ऑक्सीकरण और अपचयन अभिक्रियाओं द्वारा संचालित होता है। किसी सेल की अधिकतम विद्युत गतिमान विद्युत गति (ईएमएफ) अभिक्रिया की गिब्स मुक्त ऊर्जा (ΔG) में परिवर्तन से इस प्रकार संबंधित होती है: [ΔG = -ΔG/nF], जहाँ n इलेक्ट्रॉनों के मोल हैं और F फैराडे स्थिरांक है।

प्रयोगशाला में लाइट स्टिक और कांच के बर्तनों के साथ केमिल्यूमिनेसेंस प्रयोग।.

chemiluminescence

रासायनिक प्रकाश का उत्सर्जन (प्रकाशन) रासायनिक अभिक्रिया के परिणामस्वरूप होने वाली प्रकाश की मात्रा है। एक उत्तेजित अवस्था मध्यवर्ती, जिसे [उत्पाद]* (ध्यान दें कि इसके लिए अक्सर तारांकन चिह्न का प्रयोग किया जाता है) से दर्शाया जाता है, बनता है। यह मध्यवर्ती फिर निम्न ऊर्जा वाली मूल अवस्था में विघटित हो जाता है और फोटॉन के रूप में ऊर्जा मुक्त करता है। इस पूरी प्रक्रिया को [latex]A + B rightarrow [उत्पाद]* rightarrow उत्पाद + प्रकाश[/latex] के रूप में दर्शाया जा सकता है।

द्रव यांत्रिकी विश्लेषण के लिए रेनॉल्ड्स-औसत नावियर-स्टोक्स समीकरणों वाली 19वीं सदी की प्रयोगशाला।.

रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (आरएएनएस) समीकरण

रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (RANS) समीकरण अशांत द्रव प्रवाह के लिए समय-औसत गति समीकरण हैं। रेनॉल्ड्स अपघटन नामक यह विधि प्रवाह चरों को एक औसत और एक परिवर्तनशील घटक में विभाजित करती है। औसत प्रक्रिया में एक अतिरिक्त पद, रेनॉल्ड्स तनाव टेंसर, शामिल होता है, जो अशांति के प्रभाव को दर्शाता है और सिमुलेशन को गणनात्मक रूप से सुगम बनाने के लिए इसे मॉडल में शामिल करना आवश्यक है।

1895 में पियरे क्यूरी द्वारा चुंबकीय गुणों का अध्ययन करते हुए प्रयोगशाला का दृश्य।

क्यूरी तापमान

क्यूरी तापमान (T_c), या क्यूरी बिंदु, वह क्रांतिक तापमान है जिसके ऊपर कुछ पदार्थ अपने स्थायी चुंबकीय गुण खो देते हैं। लौहचुंबकीय पदार्थ T_c से ऊपर पराचुंबकीय हो जाते हैं। यह एक अवस्था परिवर्तन है जहाँ ऊष्मीय ऊर्जा इतनी प्रबल हो जाती है कि वह परमाणु क्षणों के स्वतः चुंबकीय क्रम का कारण बनने वाली क्वांटम यांत्रिक विनिमय अंतःक्रियाओं पर विजय प्राप्त कर लेती है।

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)