能斯特方程的例子电化学系统设计

关键的外卖

• 电化学电池热力学的一个重要结果是能斯特方程。

• 能斯特方程状态如何输出潜在的电化电池随电池温度和反应系数。

• 电化学系统设计者需要监控电压从一个电化学的电池可以使用能斯特方程与潜力,温度和浓度的测量。

使用电化学的能斯特方程了解测量细胞。

能斯特方程是一个基本的化学热力学方程用于电化电池设计。作为反应监测的一部分,在一个电化学测量系统可以使用的能斯特方程确定各条件下电化学反应的进展。电化学系统设计师,这个重要的方程形式的基础监控一个电化学的电池的电力和环境行为。

尽管它有一个简单的形式,一些导游能斯特方程提供明显冲突的细节。因此,我们已经准备了一个能斯特方程的例子帮助电化学系统设计者理解测量什么,他们需要包括PCB布局。的能斯特方程适用于电化学反应监控和设计师需要考虑在他们的设计。

能斯特方程理论

能斯特方程是一个电化学反应方程和热力学结果来源于反应的吉布斯自由能。能斯特方程涉及的电化学势可逆的氧化还原反应,阳极和阴极之间的衡量,对细胞的反应系数和温度。这个方程可以用于以下方面:

• 反应平衡监测。通过测量细胞的产量潜力和温度在细胞中,可以发现当反应平衡。

• 反应环境监测。如果反应温度发生变化,平衡平衡细胞将会改变。能斯特方程州之间的相关性细胞中的温度和平衡常数。

• 伏安法。能斯特方程形式的基线预测当从一个细胞可以诱导额外的电流与一个额外的潜力伏安法测量。

这些基本的监视任务至关重要的部分工业自动化和过程控制、电池设计,电化学。稳压器通常用来提供这些测试,但专业稳压器系统集成所需的其他重要功能细胞监测。

能斯特方程通常是制定以下化学反应:

一般的可逆反应,可以被认为是能斯特方程。

作为化学反应的进展取决于温度、反应物的浓度/产品将改变随着时间的推移,可以全面监控反应如果一个人有一个方程描述这些量之间的关系。这就是能斯特方程。

定义

注意如下所示的定义是定义了上述反应方程,但他们可以很容易地扩展到超过两个反应物和反应或产品通过反应系数的定义和平衡常数。

从吉布斯自由能的定义在标准条件下,我们可以确定新的反应吉布斯自由能在非标准条件下使用商。吉布斯自由能的定义和推导非标准条件下可以找到许多热力学和化学课本,所以它不会重复。通过调用法拉第常数在吉布斯自由能,这涉及电化学势电子在氧化还原反应的数量,我们到达能斯特方程:

能斯特方程的定义。

这个方程的适用性很广泛,只要反应系数。对于上面所示的反应,反应系数仅仅是:

反应系数。

在这里,通过测量细胞潜在的作为时间的函数,在恒定的温度反应系数可以确定作为时间的函数。同样,如果一些反应物或产物从细胞中添加/删除,这个单元格内容的变化可以探测到监测细胞的潜力。最终,反应将达到最终平衡和细胞潜在的将是零。这种情况下还需要考虑能斯特方程。

平衡

注意,向平衡反应的进行,反应系数会改变随着反应的进行。最终,一旦反应达到平衡,反应系数等于平衡常数。当这种情况发生时,细胞的潜力将是零。插到上面的方程给出了电池温度之间的关系,平衡常数,和标准电池的潜力:

细胞标准可能与温度和平衡常数。

在这里,我们可以看到标准的细胞可能是温度的函数在两个方面:通过直接比例和平衡常数。注意,平衡常数也温度的函数,由反应物的分子动力学和产品。通过监测细胞可能在不同的温度下,反应的平衡常数作为温度的函数可以确定。

能斯特方程的例子

作为一个简单的例子,考虑一个氧化还原反应涉及锌和铜金属之间的电荷转移。

简单的锌和铜之间的电荷转移反应。

这个反应的标准电池的潜力为1.10 V。假设,2分钟后,有0.1反应物的摩尔和1.8摩尔的产品。利用法拉第常数的值F,气体常数R, n = 2,和温度298 K,细胞潜在的一个发现是1.10 V - 0.1711 V = 0.9289 V。这是电压测量电池阴极和阳极之间。

最终,细胞会达到平衡,细胞电压饱和一个常数值。构建一个电化学监测系统时,一个简单的电压测量和高精度电阻可能涉及一个惠斯通电桥。小RTD探针或热电偶也可以用于温度测量。这些连接到一个一个的单片机在每个传感器放大器给一个简单的电化学监测系统。

如果你设计你的第一个电化学监测系统,您可以使用我们的能斯特方程的例子来帮助你开始控制单元和算法设计。开始使用你的原理图和PCB布局,你需要这个行业最好的PCB设计和分析软件。快板PCB编辑器给你你需要的所有特性为一系列应用程序创建先进的电路板,包括电化学系统。您还将获得一套完整的先进的设计验证工具和现场解决实用程序来分析先进的电子技术的行为。

如果你想了解更多关于节奏是如何对你的解决方案,跟我们和我们的专家团队。