Potencial de Volta - Volta potential

O potencial Volta (também chamada Volta a diferença de potencial , o contacto diferença de potencial , diferença de potencial exterior , Δψ, ou "delta psi") em electroquímica , é a potencial electrostático diferença entre dois metais (ou um metal e um electrólito ) que estão em contacto e estão em equilíbrio termodinâmico . Especificamente, é a diferença de potencial entre um ponto próximo à superfície do primeiro metal e um ponto próximo à superfície do segundo metal (ou eletrólito ).

O potencial Volta é nomeado após Alessandro Volta .

Potencial de Volta entre dois metais

Quando os dois metais representados aqui estão em equilíbrio termodinâmico um com o outro, conforme mostrado ( níveis de Fermi iguais ), o potencial eletrostático de vácuo ϕ não é plano devido a uma diferença na função de trabalho .

Quando dois metais são isolados eletricamente um do outro, pode existir uma diferença de potencial arbitrária entre eles. No entanto, quando duas superfícies de metal neutras diferentes são colocadas em contato elétrico (mesmo indiretamente, digamos, por meio de um longo fio eletrocondutor), os elétrons fluirão do metal com um nível de Fermi mais alto para o metal com o nível de Fermi mais baixo até o Fermi os níveis em ambas as fases são iguais. Uma vez que isso tenha ocorrido, os metais estão em equilíbrio termodinâmico entre si (o número real de elétrons que passam entre as duas fases é geralmente pequeno). Só porque os níveis de Fermi são iguais, no entanto, não significa que os potenciais elétricos sejam iguais. O potencial elétrico externo a cada material é controlado por sua função de trabalho e, portanto, metais diferentes podem apresentar uma diferença de potencial elétrico mesmo em equilíbrio.

O potencial Volta não é uma propriedade intrínseca dos dois metais a granel em consideração, mas sim é determinado pelas diferenças de função de trabalho entre as superfícies dos metais. Assim como a função de trabalho, o potencial Volta depende sensivelmente do estado da superfície, contaminação e assim por diante.

Medição do potencial Volta (sonda Kelvin)

Não deve ser confundido com o clipe Kelvin .
Diagrama de energia da sonda Kelvin na configuração de vácuo plano, usado para medir o potencial Volta entre a amostra e a sonda.

O potencial de Volta pode ser significativo (da ordem de 1 volt), mas não pode ser medido diretamente por um voltímetro comum . Um voltímetro não mede potenciais eletrostáticos de vácuo, mas sim a diferença no nível de Fermi entre os dois materiais, uma diferença que é exatamente zero no equilíbrio.

O potencial de Volta, entretanto, corresponde a um campo elétrico real nos espaços entre e ao redor dos dois objetos de metal, um campo gerado pelo acúmulo de cargas em suas superfícies. A carga total sobre a superfície de cada objeto depende da capacitância entre os dois objetos, pela relação onde está o potencial de Volta. Segue-se, portanto, que o valor do potencial pode ser medido variando a capacitância entre os materiais em uma quantidade conhecida (por exemplo, movendo os objetos mais um do outro) e medindo a carga deslocada que flui através do fio que os conecta.

A diferença de potencial Volta entre um metal e um eletrólito pode ser medida de maneira semelhante. O potencial Volta de uma superfície de metal pode ser mapeado em escalas muito pequenas pelo uso de um microscópio de força de sonda Kelvin , baseado em microscopia de força atômica . Em áreas maiores da ordem de milímetros a centímetros, pode ser usada a sonda de varredura Kelvin (SKP), que usa uma sonda de fio de dezenas a centenas de mícrons. Em ambos os casos, a mudança de capacitância não é conhecida - em vez disso, uma tensão CC de compensação é adicionada para cancelar o potencial de Volta, de forma que nenhuma corrente seja induzida pela mudança na capacitância. Esta tensão de compensação é o negativo do potencial Volta.

Veja também

Referências