伏打电堆原理

在连续介质力学中，质量守恒原理指出，封闭系统的质量必须随时间保持不变。对于流体来说，这可以用连续性方程来表示。在欧拉微分形式中，它被写成 [latex]\frac{partial \rho}\{partial t}+ \nabla \cdot (\rho \mathbf{u}) = 0[/latex]，其中 [latex]\rho[/latex] 是密度，[latex]\mathbf{u}[/latex] 是速度场。

基于静止作用原理对经典力学的重新表述。它使用一个称为拉格朗日的标量，定义为动能减去势能（[latex]L = T - V[/latex]）。运动方程来自欧拉-拉格朗日方程，即 [latex]\frac{d}{dt}\left( \frac\partial L}{partial \dot{q}_i} \right) - \frac\partial L}{\partial q_i} = 0[/latex]，使用广义坐标，这简化了对有约束条件的复杂系统的分析。

电化学腐蚀是一种电化学过程，当一种金属与另一种金属在电解液中发生电接触时，会优先发生腐蚀。发生这种现象的原因是异种金属形成了双金属对，惰性较低（较活泼）的金属作为阳极发生腐蚀，而惰性较高的金属作为阴极发生腐蚀。

伏打桩确立了通过串联电化学电池来增加电压的原理。每个锌-铜电池对（或电池）都能产生约 0.76 伏的特征电动势（EMF）。通过物理堆叠这些电池，伏特证明了电堆上的总电压是每个电池的单独电动势之和，即 [latex]V_{total} = n \times V_{cell}[/latex] 所描述的。

流体力学是应用力学的一个分支，研究液体和气体的静力学（静止流体）和动力学（运动流体）。它运用质量、动量和能量守恒的基本原理来分析和预测流体行为。其应用范围广泛，涵盖空气动力学、水力学、气象学和海洋学等诸多领域。

这是描述连续力学中运动的两种方法：

• 拉格朗日规范遵循单个材料粒子，跟踪它们随时间的变化，就像观察交通中的特定汽车一样
• 欧拉规范关注空间中的固定点，观察通过这些点的任何粒子的属性（速度、密度），就像交通摄像头观察固定交叉路口一样。

固体力学是连续介质力学的一个分支，研究固体材料的行为，特别是它们在力、温度变化或其他外部载荷作用下的运动和变形。它是工程结构设计和分析的基础。关键领域包括弹性力学（可恢复变形）、塑性力学（永久变形）和断裂力学（裂纹的萌生和扩展）。

电动势（[latex]\mathcal{E}[/latex]）是指电池或发电机等非电电源对单位电荷所做的功。尽管名称如此，但它并不是一种机械力，而是一种以伏特为单位的电动势。它代表电荷通过电源时从另一种形式（化学、机械）转换成电能的能量。

伏打桩中的电流是由氧化还原反应产生的。在锌阳极，金属锌被氧化，每个原子释放出两个电子（[latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]）。这些电子通过外电路到达阴极铜。在那里，水电解质中的氢离子被还原，形成氢气（[latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]）。

伏打电池的主要缺陷在于电极极化。在运行过程中，铜阴极产生的氢气会在其表面形成一层气泡绝缘层。这层气泡会增加电池的内阻，并减少可用于反应的表面积。因此，电池的电压和电流输出在开始使用后不久就会显著下降。