起電力

電子がワイヤーを流れるとき、またはイオンが溶液を流れるとき、電子は電気を生成します。この電子の流れ、より具体的には電荷は、電流として定義されます。しかし、電子が流れる原因は何ですか?

銅と亜鉛の間の酸化還元反応を考えてみましょう。銅イオン溶液に亜鉛電極を入れると、ある物質から別の物質に電子が移動します。

電子を失う傾向が強い亜鉛は亜鉛イオンに酸化され、銅イオンは固体銅に還元されます。この反応では、亜鉛から銅に電子が流れますが、この反応では電気は発生しません。

ここで、反応物である亜鉛と銅が物理的に分離され、ワイヤーなどの外部導体を介して接続されていると考えてください。反応物が電子を獲得または失う傾向は依然として持続し、電子がワイヤーを通って流れるように駆動し、2つの半反応を接続します。

この電子の流れは電流を構成し、電球などの電化製品に電力を供給することができます。

電流はアンペアで測定されます。1アンペアは、1秒あたり1クーロンの電荷の流れに相当し、1秒あたり6.24×10¹⁸電子に相当します。

電流の流れは、滝を流れ落ちる水に似ています。水は重力ポテンシャルエネルギーの差によって駆動され、電子の流れは反応物間の電位エネルギーの差によって駆動されます。

この電位エネルギーの差は、電位差、起電力、またはセル電位という用語で表されます。セル電位は、2つの反応物間の駆動力と電子移動の傾向の尺度です。

2つの単離された反応物のセル電位は、セル電圧で読み取られる電圧計で測定されます。1ボルトは、電荷1クーロンあたり1ジュールの位置エネルギーに相関します。

セル電位が高いということは、駆動力が大きく、電子移動が容易であることを示しています。最後に、セル電位、または起電力は、反応物の性質、反応温度、および反応中に存在するイオンの濃度に依存します。