電池のしくみ


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目次


mathテスト


a/b=c a=d/f

E = mc^{2}

\frac{\pi}{2} = \left( \int_{0}^{\infty} \frac{\sin x}{\sqrt{x}} dx \right)^2 = \sum_{k=0}^{\infty} \frac{(2k)!}{2^{2k}(k!)^2} \frac{1}{2k+1} = \prod_{k=1}^{\infty} \frac{4k^2}{4k^2 - 1}

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なんで電池から電気が出てくるのか?

  • 電池に電気がたまってるわけじゃない。
  • でも、充電って言うじゃないか。

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じゃあ、電気はどこにある?

  • 原子にある電子が、電気のもと。

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原子はどこにある?

  • 電池のプラスとマイナスの電極は金属でできてる。(金属どころか)全ての物質は原子の集まり。
  • 原子 = 原子核 + 電子
    • 原子核: プラスの電荷を持っている。
    • 電子: マイナスの電荷を持っている。
電池は2種類の金属と電解液から構成されます。この2種類の金属とは、一方は電解液に溶けやすい金属、もう一方は電解液に溶けにくい金属で、電解液は金属を溶かす液といえます。

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電池から電気がでてくる仕組み

  1. 電解液に電極の金属の原子が溶ける。(溶けやす金属の電極-(負極)、溶けにくい金属の電極+(正極))
    1. 溶けやすい金属に電子(-)を置き去りにして、金属の原子は電子が足りない状態、イオン(+)になって電解液に溶けだす)
  2. 電極の金属に電子が残る。(原子は電解液に溶けてイオンになってる?)
    1. 金属にはイオンになりやすい、なりにくいがある(→ イオン化傾向)
    2. イオンになりやすい金属-極。(相対的に)イオンになりにくい金属+極、になる。
  3. 電極(-)の金属にたまった電子は、導線を通じて電極(+)に引き付けられる。(+-は引き付ける、++,--は反発する)

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アノード[anode]: 電気化学的酸化が起こる電極。外部回路から電解液へ電流が流れ込む電極。電気分解の正極,電池の負極。陽極とも言う。
カソード[cathode]: 電気化学的還元が起こる電極。電解液から外部回路へ電流が流れ出す電極。電気分解の負極,電池の正極。陰極とも言う。

なんで電極の間の導線で電子が流れる?


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ノート

アノード、カソード。陽極、陰極。正極、負極。

  • 正極(positive electrode):電位が高いほうの電極
  • 負極(negative electrode):電位が低いほうの電極
  • アノード[anode]。電気化学的酸化が起こる電極。外部回路からアノードを通って電解液に電流が流れる。電池の場合は負極(-)で溶けやすい方の金属(電極)。電気分解では正極(+)で,金属が溶けたり,塩素や酸素ガスが発生する電極。陽極とも言う。
  • カソード[cathode]。電気化学的還元が起こる電極。電解液からカソードを通って外部回路に電流が流れる。電池の場合は正極(+)で溶けにくい方の金属(電極)。電気分解では負極(-)で,金属が析出したり,水素ガスが発生する電極。陰極とも言う。カソードは「かんげん(還元)」と覚える。

正極/負極という言い方と,アノード/カソードと言う言い方は,電気分解や蓄電池の充電と,電池(の放電)では対応が逆になります。例えば,鉛蓄電池の二酸化鉛極は,充電時も放電時も正極ですが,充電時はアノード,放電時はカソードになります。正極/負極という言い方は「電位の高い/低い」の意味,カソード/アノードという言い方は「電流が入るか出るか」で区別します。電池のときは正極・負極の言い方が混乱しなくていいです。なお,陽極/陰極という言い方は,アノード/カソードの意味(電流の出入り)で使う人と,正極/負極の意味(電位が高い/低い)の意味で使う人が居るため,特に電池(の放電)の時には混乱しています。
  • 電流の向きで区別する anode / cathode
  • 電位の高低で区別する positive / negative electrode

カチオン(cation/陽イオン/positive ion)、アニオン(anion/陰イオン/negative ion)

  • カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持った原子(単原子イオン)、原子団(多原子イオン)。
  • アニオンとは (-) の電荷(負電荷)を持った原子(単原子イオン)、原子団(多原子イオン)。

まだ調べてない

  • 電気泳動
  • 荷電
  • 電場(電界)
  • 素粒子、質量、万有引力の法則
  • 自然界には「重力」「電磁気力」「強い力」「弱い力」がある(強い力>電磁気力>弱い力>重力)
    • 電磁気力・重力と違って、強い力・弱い力は素粒子レベルの距離でしかはたらかない
    • 電子と電子は反発します。原子の周りの電子がお互いの反発力で飛び散らないのはそれより大きな電磁気力で原子核の陽子に引かれるから。
    • 陽子と陽子は反発します。原子核を構成する陽子同士は強い力で引き合います。
      • 原子核の中でなぜ複数の陽子がまとまっていられるのか、というのが大きな問題でした。それに対して出された仮定の力が「強い力(=核力)」という力です。参考に、WIKIPEDIA「物理学」>「物理現象の微視的視点と巨視的視点」ja.wikipedia.org/wiki/物理学 物理現象の微視的視点と巨視的視点
        • 素粒子物理学は核子よりさらに基本的な要素であるクォークが存在することを解明し、さらにもっと基本的な要素であるストリングなどが研究されている。
        • こうした物質要素の間に働く力が、重力、電磁気力、弱い力、強い力(又は核力)の四種類の力に還元できることも明らかにされてきた。現在知られている相互作用は以上の四つのみである。
      • クーロン力
      • これがなぜ結合するのかを解明したのが湯川秀樹博士の中間子理論
  • 量子化学(りょうしかがく、英: quantum chemistry)
  • 基本相互作用(きほんそうごさよう、Fundamental interaction)は、物理学で素粒子の間に相互にはたらく基本的な相互作用。 素粒子の相互作用、自然界の四つの力、相互作用とも。
  • 原子の結合に見る金属と石の違い 共有結合、イオン結合、金属結合
  • 原子からなる物質 これまでに学習してきた、イオン結晶、分子結晶、共有結合の結晶、金属結晶の違いをはっきりさせておこう。
  • 元素(げんそ、英語: element)は、古代から中世においては、万物(物質)の根源をなす不可欠な究極的要素[1][2]を指しており、現代では、「原子」が《物質を構成する具体的要素》を指すのに対し「元素」は《性質を包括する抽象的概念》を示す用語となった[2][3]。
  • 陽子、中性子のような重粒子(バリオン=baryon)類
  • 電子、ニュートリノなどのレプトン、光子などのゲージ粒子
  • 電荷(でんか、電気量)は、素粒子が持つ性質の一つである。電荷の量を電荷量という。電荷量のことを単に電荷と呼ぶこともある。電荷を持つ粒子のことを単に電荷と呼ぶこともある。
  • 正電荷(を持つ粒子)同士の間には斥力(互いに遠ざけようとする力)が生じる。負電荷(を持つ粒子)同士の間にも斥力が生じる。正電荷(を持つ粒子)と負電荷(を持つ粒子)の間には引力(互いに引き付けようとする力)が働く。これらの力は、各粒子の電荷量に比例し、粒子同士の距離の2乗に反比例する。これをクーロンの法則といい、この力をクーロン力という。
    • 電流:単位時間当たりにある場所(もしくは面)を通過する電荷量のことを電流という。電流のSI単位はアンペア[A]である。これはSI基本単位である。電流の定義より明らかに、電荷は電流を時間で積分したものである。したがって、電荷のSI組み立て単位はアンペア・秒[A s]である。この単位をクーロン[C]という。すなわち、1[C]=1[A s]である。
  • なんらかの方法で酸化させる(触媒を利用する)。
  • なんらかの方法で還元させる(触媒を利用する)。
  • 酸化反応と還元反応は必ず一対で起こる。でないと自然界の電気的中性が保てない。ある条件では電気的な隔りがおこせる。するとその状況を解決しようと力が生れる。
  • 電極につけた触媒は反応のエネルギー障壁を低くする
  • 触媒は電池の性能を決める


Term

  • 原子(atom)
  • 陽子(proton)
  • 中性子(neutron)
  • 電子(electron)
  • 素粒子(elementary particle)



まず、ゼロからの電池

原子とか電子とかが重要らしい

原子が電解液に溶けるとイオンになるらしい

  • 電池 実はここでもイオンが大いに役に立っているのです。
  • 電流の正体 電子と電流の流れは逆
金属も原子の集まりであり、原子核にあるプラス電荷と電子のマイナス電荷がつりあっている状態です。これが、電解液に溶けるとイオンという状態になります。

とくにリチウムイオン電池

Li拡散


有限要素法(FEM)

偏微分方程式

その前に、微積分

力学解析

  • FEMが重要らしい

化学