La distribuzione di Boltzmann

Un miglioramento della pila di Volta, la cella Daniell è costituita da un elettrodo di rame in una soluzione di solfato di rame(II) e da un elettrodo di zinco in una soluzione di solfato di zinco, separati da una barriera porosa. Questa configurazione a due fluidi impedisce l'accumulo di idrogeno gassoso (polarizzazione) sull'elettrodo di rame, garantendo una fonte di tensione molto più stabile e affidabile per una durata maggiore.

La viscoelasticità è la proprietà dei materiali che presentano caratteristiche sia viscose che elastiche quando sottoposti a deformazione. I materiali viscosi, come il miele, resistono al flusso di taglio e si deformano linearmente nel tempo quando viene applicato uno sforzo. I materiali elastici, come un elastico, si deformano quando vengono allungati e tornano rapidamente al loro stato originale una volta rimosso lo sforzo. I materiali viscoelastici presentano elementi di entrambe le caratteristiche.

La prima batteria ricaricabile di successo commerciale. Utilizza un anodo di piombo (Pb), un catodo di biossido di piombo (PbO₂) e un elettrolita di acido solforico (H₂SO₄). Durante la scarica, entrambi gli elettrodi vengono convertiti in solfato di piombo (PbSO₄) e l'acido solforico viene consumato. Questo processo è chimicamente reversibile applicando una corrente esterna, rendendolo un sistema di accumulo di energia pratico e robusto.

Questa formula fondamentale collega la quantità termodinamica macroscopica dell'entropia (S) con il numero di possibili disposizioni microscopiche, o microstati (W), corrispondenti allo stato macroscopico del sistema. L'equazione, [latex]S = k_B \ln W[/latex], rivela che l'entropia è una misura del disordine statistico o della casualità. La costante [latex]k_B[/latex] è la costante di Boltzmann, che collega l'energia a livello di particelle con la temperatura.

L'ispessimento dovuto al taglio, o dilatanza, è un comportamento non newtoniano in cui la viscosità aumenta con l'aumentare dello sforzo di taglio. Un esempio classico è una sospensione di amido di mais in acqua (oobleck), che appare liquida se agitata lentamente, ma diventa quasi solida se colpita o agitata rapidamente. Questo fenomeno è causato dall'inceppamento delle particelle sospese sottoposte a un elevato sforzo di taglio.

L'equazione di Nernst mette in relazione il potenziale di riduzione di una semicella (o la tensione totale di una cella elettrochimica) con il potenziale standard dell'elettrodo, la temperatura e le attività (spesso approssimate dalle concentrazioni) delle specie chimiche in fase di ossidoriduzione. L'equazione è [latex]E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], dove Q è il quoziente di reazione.

La legge di Lenz fornisce la direzione della forza elettromotrice (fem) indotta e della corrente risultante dall'induzione elettromagnetica. Afferma che la corrente indotta fluirà in una direzione che crea un campo magnetico opposto alla variazione di flusso magnetico che l'ha generata. Questo principio è una conseguenza della conservazione dell'energia ed è rappresentato dal segno negativo nella legge di Faraday.

Principio fondamentale secondo cui l'energia totale di un sistema isolato rimane costante nel tempo. L'energia non può essere né creata né distrutta, ma solo trasformata da una forma all'altra, ad esempio da energia potenziale a energia cinetica. Nella meccanica classica, per i sistemi con sole forze conservative, si conserva l'energia meccanica totale [latex]E = T + V[/latex].

Per un fluido newtoniano, la viscosità è funzione di temperatura e pressione, ma non della velocità di taglio. Nei liquidi, la viscosità diminuisce significativamente all'aumentare della temperatura, poiché una maggiore energia termica consente alle molecole di superare più facilmente le forze intermolecolari di coesione. Al contrario, nei gas, la viscosità aumenta con la temperatura, poiché collisioni molecolari più frequenti a velocità più elevate determinano un maggiore trasferimento di quantità di moto.

È la forma differenziale della legge di Faraday sull'induzione, una delle quattro equazioni di Maxwell. Essa afferma che un campo magnetico variabile nel tempo ([latex]\mathbf{B}[/latex]) accompagna sempre un campo elettrico spazialmente variabile e non conservativo ([latex]\mathbf{E}[/latex]). La relazione è espressa come [latex]\nabla \tempi \mathbf{E} = -\frac{parziale \mathbf{B}}{parziale t}[/latex]. Questa equazione regola il modo in cui i campi magnetici variabili creano campi elettrici in un punto specifico dello spazio.

La forza elettromotrice (fem) e la differenza di potenziale elettrico (tensione) sono concetti distinti, sebbene entrambi siano misurati in volt. La fem è il lavoro per unità di carica compiuto da una forza non conservativa (ad esempio, una reazione chimica, una variazione del campo magnetico) per spostare una carica all'interno di una sorgente. La differenza di potenziale è il lavoro per unità di carica compiuto dal campo elettrostatico conservativo tra due punti.

Il numero di Reynolds ([latex]\text{Re}[/latex]) è una grandezza adimensionale della meccanica dei fluidi utilizzata per prevedere i modelli di flusso rappresentando il rapporto tra forze inerziali e forze viscose. Bassi numeri di Reynolds caratterizzano un flusso laminare regolare e ordinato, mentre alti numeri di Reynolds indicano un flusso caotico e turbolento pieno di vortici. È fondamentale per determinare il comportamento dinamico di un fluido e per gli esperimenti di scala.

Il numero di Mach (M) è una quantità adimensionale che rappresenta il rapporto tra la velocità del flusso oltre un confine e la velocità locale del suono: [latex]M = v/a[/latex], dove v è la velocità del flusso e a è la velocità del suono. È l'indicatore principale degli effetti di compressibilità. Quando il numero di Mach si avvicina e supera 1, la densità dell'aria cambia in modo significativo, alterando le forze aerodinamiche.

Nelle celle elettrochimiche, come le batterie e le celle a combustibile, i campi elettromagnetici sono generati da reazioni chimiche. La separazione della carica è determinata da reazioni di ossidazione e riduzione che avvengono su due elettrodi diversi. Il CEM massimo di una cella è legato alla variazione dell'energia libera di Gibbs ([latex]\Delta G[/latex]) della reazione mediante [latex]\mathcal{E} = -\frac{\Delta G}{nF}[/latex], dove [latex]n[/latex] è la mole di elettroni e [latex]F[/latex] è la costante di Faraday.