关于磁场的电化学效应的微观解释和应用过程中的两个定性关系

志勰


    磁场对铁离子的作用:铁离子所受到的这个作用力是较小的,在这个作用力下所形成的加速度是极小的。由于铁离子每秒钟不知道经受多少次碰撞,在两次碰撞期间,磁场对铁离子的加速作用可以忽略不计。因此,在磁场电极中所形成的大量正电荷不是来自于磁场的直接作用。我认为应该来自于离子本身的运动速度,即温度所标示的运动状态。即:形成电流的最直接的动力来自于分子热运动。

在这个电化学反应过程中,从两个电极的情况来分别来看。

1、磁场一端的电极和铁离子碰撞可以分成两种情况

    一种情况是二价铁离子碰撞后变成一价铁离子,将其中的一个电子从电极身上转移给自己,和这个铁离子碰撞的电极上的铁原子,在碰撞前后仍然是铁原子,交给电极的电电荷会在电极上建立起电场。

    另一种情况是一价铁离子、二价铁离子碰撞后变成铁原子,被电极吸收,那么这必然是一种较为强烈的吸热过程。

2、没有磁场的电极和溶液的碰撞情况就有点复杂了

    在导线连通的情况下,由于另一个电极中电场的作用通过导线的传递,没有磁场的电极带有正电荷。另一方面,溶液中存在如下的几种粒子:氢离子、氢氧根离子、铁离子(一价和二价)、硫酸根离子。那么,由于磁场的一端吸引了较多的铁离子,在不带磁场的电极附近,则主要是负离子。

    在溶液中主要是如上的几种粒子和铁电极碰撞。

    氢氧根离子和电极碰撞,比较容易从电极上碰撞出一价的铁离子,硫酸根离子则容易碰撞出二价的铁离子。铁离子则因为受到电场和磁场的作用则会向另一个电极移动。氢离子、铁离子和电极碰撞的则较少,因为电极带正电,电极的周围会主要是负离子。另一方面,氢离子、铁离子参加和电极的碰撞,最多碰撞出一价的铁离子,或者是弹性碰撞。在这种碰撞过程中,氢离子和电极的碰撞是少数。

3、在溶液中的碰撞
    在溶液中的碰撞存在一种特殊的碰撞过程:两个二价的铁离子碰撞,普通情况下碰撞前后仍然是二价的铁离子。但在少数的情况下,则会在碰撞后形成三价的铁离子和一价的铁离子。

    在溶液中的碰撞过程中,只要存在电荷的转移过程,即:电荷在碰撞前后,电子从一个电荷转移到另一个电荷上,那么这种碰撞过程必然是一种吸热过程。表现是,两个碰撞的离子碰撞前的相对速度小于碰撞后的分离速度。这种碰撞是一种非弹性碰撞,势能被破坏所形成。电子转移的过程本身就是势能的破坏过程。


    任何一次碰撞过程,都会辐射电磁波,其辐射的量和碰撞时的离子的动量有一定的关系,动量越大,辐射的能量越高。

    电流的形成:电流的形成关键在于铁离子溶液中磁场的建立。磁场使铁离子向磁场电极靠拢,使磁场电极附近形成密度较高的铁离子,磁场的电极通过吸收铁离子,使磁场电极本身形成一个正电场。相应的,使另一个电极附近的铁离子减少。另一方面,磁场电极的正电场也会通过导线传递到另一个电极上,使这个电极带正电。负离子和电极的碰撞较为容易从电极上拉出铁离子,由于电磁场的电极的磁场的吸引和电场的的排斥作用,会使铁离子向磁场电极运动,这样在溶液中形成电流,另一方面也在导线中形成稳定的电流。

 

关于电流的几个关系:

    形成电流和两种状态有关系,一种是磁场,另一种则是溶液的温度。

    磁场强度大了,可以在磁场电极附近形成密度较大的铁离子密集区。电流和磁场的强度成正比。

    溶液的温度升高了,可以提高溶液中铁离子的漂移速度,加快电极吸附铁离子的过程。因为还要涉及到电极周围铁离子的密度以及电极的电场对铁离子漂移的影响,电流只能近似的和开氏温度成正比。

    两者的增大都会使导线中的电流强度增加。

  此外还有一个铁离子价位和电流的关系,比如三价铁离子和二价铁离子。三价铁离子要优越的多,三价铁离子要比二价铁离子更容易使导线获得较高的电压和较大的电流。(顺带说明一下:如果三氯化铁在反映中不能析出氯气,那么用三氯化铁更划算,从上面的分析来看,三氯化铁的确是更好的东西。)

(注:本文不是专门为这个问题而写,而是在谈论中聊到的这个话题,有那里您认为不对的,不妨告诉我。zhixie@netease.com)

 

2002年2月25日

(应该为2002.5.25,纠正时间2002.6.11)

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