Ispessimento da taglio (dilatanza)

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.

La distribuzione di Boltzmann descrive la probabilità che un sistema in equilibrio termico alla temperatura T si trovi in uno specifico microstato con energia E. Questa probabilità è proporzionale al fattore Boltzmann, [latex]e^{-E / k_B T}[/latex]. Ciò implica che gli stati con energia più bassa hanno una probabilità esponenziale di essere occupati rispetto a quelli con energia più alta, con la temperatura che modula questa preferenza.

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'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.

I campi elettromagnetici di movimento sono generati quando un conduttore si muove attraverso un campo magnetico. La componente magnetica della forza di Lorentz, [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], agisce sui portatori di carica all'interno del conduttore, facendoli muovere e creando una separazione di carica. Questa separazione genera un campo elettrico e una differenza di potenziale. Il campo elettromagnetico risultante è dato dall'integrale di linea [latex]\mathcal{E} = \oint (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \cdot d\mathbf{l}[/latex].

In un sistema all'equilibrio termodinamico, il potenziale elettrochimico, [latex]\bar{\mu}_i[/latex], per qualsiasi specie carica `i` deve essere uniforme in tutte le fasi. Se esiste un gradiente ([latex]\nabla \bar{\mu}_i \neq 0[/latex]), gli ioni si sposteranno spontaneamente dalle regioni a potenziale più alto a quelle a potenziale più basso, creando una corrente o un flusso, fino a quando questo gradiente non sarà eliminato e l'equilibrio ristabilito.

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.

Le equazioni di Navier-Stokes con media di Reynolds (RANS) sono equazioni del moto mediate nel tempo per il flusso turbolento. Questo approccio, chiamato decomposizione di Reynolds, separa le variabili di flusso in una componente media e una componente fluttuante. Il processo di media introduce un termine aggiuntivo, il tensore degli sforzi di Reynolds, che rappresenta l'effetto della turbolenza e deve essere modellato per ottenere la chiusura, rendendo le simulazioni computazionalmente trattabili.

Il potenziale elettrochimico assoluto di un singolo elettrodo non può essere misurato. I potenziali vengono invece misurati rispetto a un riferimento universalmente accettato. L'elettrodo standard per l'idrogeno (SHE) è il riferimento principale, a cui viene assegnato un potenziale di 0 volt esatti in condizioni standard (1 M di concentrazione [latex]H^+[/latex], 1 bar di gas [latex]H_2[/latex], 298 K). Tutti gli altri potenziali elettrodici standard sono riportati rispetto a questo punto zero.