chapter 2 part 2

2-10 Reversible Cell(可逆電池)

實驗上証明，可逆電池銅極較鋅極略帶正電性。當銅極外接導線而成為正極而鋅極為負極時，反應如下(正電由銅極經外接導線傳到鋅極)： Zn + CuSO4 －＞ Cu +ZnSO4 當銅極外接一電位成為負極而鋅極接正極時，反應如下： Cu + ZnSO4 －＞ Zn +CuSO4 上述的特徵使得其稱之為可逆電池(Reservible Cell)。明顯地當有Δn莫耳的鋅溶失就會有與其相當的Δn莫耳的銅析出。此時電荷變化由原來之Zi變成Zj則

其中j為價電子數NF為法拉第常數(96500Coul)。假設可逆電池保持在恒定的大氣壓下運作且沒有氣體釋出，則壓力體積可以被忽略，而用以描述此系統的熱力學坐標為：

1. 電動勢e，單位 V

2. 電荷Z，單位 C

3. 理想氣體溫度θ

當外接線路是斷路時，擴散現象會發生而整個系統並非處於平衡態。當外接一電位計(potentimeter)時，會有電流漸漸減少到零，此時電池的電動勢被平衡了(Mechanical and Chemical equilibruim)。也只有在這時系統是處於熱動力學平衡(because thermal equilibrium is satisfied too)。若電解液是飽和溶液，且在化學反應而產生的電荷轉換是在等溫等壓的情形下進行時；則飽和溶液的濃度會保持不變，因為如此電動勢也會是一個常數。實驗証明飽和溶液可逆電池在等壓情況下，電動勢只是溫度的函數；其狀態方程式是

t 表溫度，表攝氏20度時的電動勢。

2-11 Dielectric Slab (介電板)

介電板是一般用於電容內以增加電容的容電量，且是由極性分子的物質所組成。外加電場愈強，極化強度愈強。則

其中 D 為electric displacement,e0 是介電常數(dielectric constant),而P是總電極化(total electric polarization)，一般書'上寫成4pP, P表極化(Polarization)。P 與電場E的大小成正比，也與極性分子本身特性有關，同時也是溫度的函數。一般而言壓力和體積隨溫度變化的因素可以被忽略不計。所以其熱力學坐標為

1.電場強度E,單位V/m

2.電極化P,單位C×m

3.理想氣體溫度θ

狀態方程式可以寫成

其中a,b為常數。

問題: 上式中顯示，溫度愈高電極化程度愈小，為什麼?

2-11 Paramagnetic Rod (順磁棒)

順磁物質在沒有外加磁場的情況下，並不具有磁性。但是在外加磁場下，順磁物質會具有一點點磁性，且其所產生之磁場與外加磁場同方向。鐵磁性物質在外加磁場除去後仍具有磁性，而順磁物質則不會，因為鐵磁性物質之磁化率(Permeability)較順磁物質大許多。若一順磁細棒置於磁場是H 的螺線管內，順磁物質會因此磁場H 的影響而有磁化作用。設總磁矩 M (通稱為磁化率 )，則順磁物質所產生的磁感應為

同樣地因為多半所考慮的順磁物質是固體，所以壓力和體積隨溫度變化的因素可以被忽略不計。故此系統的熱力學坐標為

1.磁場強度H ，單位 A/m

2.磁化率 M，單位 A×m2

3.理想氣體溫度θ

當＜＜1時，系統的狀態方程式是居里方程式

是居里方程式，單位為K×m3