电极电势的三种可视化方法辨析

电极电势作为衡量物质氧化还原能力强弱的依据,其数值的大小则反映了电对(氧化型/还原型)中得失电子的能力,它表征的是元素氧化数的相对稳定性以及是否发生歧化反应等。然而,传统的列表式电极电势无法全面了解某一种元素的相关氧化态,而用图解法讨论与某元素相关的电极电势不仅能克服上述的不便,而且会提供元素及其化合物的更多信息。从电极电势的三种主要可视化方法(元素电势图、电势-pH图和自由能(电势)-氧化数图)出发,系统全面地了解电势与浓度、温度和溶液酸度之间的关联情况,并举例介绍了它们的一些应用。

电极电势的符号

本文对电极电势符号的两种习惯用法以及IUPAC的斯德哥尔摩会议规定作了比较详细的介绍。

匀强电场的电势参考点分析

讨论在匀强电场中未放入导体球前选择球心处的电势 φ0,并给出了确定 φ0

关于电势零点的选择

电势零点的选取是静电学中计算电势的关键。

电势-pH图及其应用

详细讨论了电势 - p H图的构筑。

细胞膜外电势高于膜内电势的理论解释

运用热力学原理，从理论上解释细胞膜外电势高于膜内电势的现象，并经过对细胞膜电势的测定得以证实．

基于伪参比电极的锂离子电池正负极相对开路电势曲线测量方法研究

用于获取锂离子电池正负极开路电势曲线的纽扣电池试验需要对电池进行破坏性拆解,而且试验过程中电池极易受到污染。为解决此问题,提出了一种利用伪参比电极获取锂离子电池正负极相对开路电势曲线的方法。该方法将锂电池外壳作为参比电极,通过小倍率充放电试验直接测得电极与外壳之间的相对开路电势。通过商用钛酸锂电池对所提方法进行试验验证,结果表明利用所提方法计算得到的电池电压和实际测量的电池电压的均方根误差仅为4.2 mV,且在同批次电池上辨识得到的热力学参数随电池容量衰减而减小。试验结果验证了伪参比电极法可在不破坏电池的情况下获取到可信度较高的相对开路电势曲线。

基于等效电势动态相似性的直驱式风电场分群等值方法

针对大规模直驱式风电场并网系统暂态电压等值建模困难的问题,考虑了直驱风机全功率变流器不同控制环节的作用机理,提出了一种直驱风机的暂态电压等值模型与动态聚类方法。建立计及Chopper电路动作过程的直驱风机暂态模型,构建了适用于暂态电压分析的等效电势指标。该指标能够反映暂态过程中直驱风机并网功率和端口电压的动态过程,并根据该指标的动态变化来反映系统故障下的暂态电压特性。针对风电场内各直驱风机物理位置、行为特征的差异性,提出了一种基于约束动态时间规整的相似度分析方法,构建了能够表征不同机组等效电势指标差异性的相似度矩阵。在此基础上,采用层次凝聚聚类算法实现了不同直驱风机的动态聚合。在PSCAD/EMTDC中建立了直驱式风电场多机等值模型,通过对比不同故障场景下的等值精度验证了所提方法的有效性和优越性。

慢性肾功能不全患者甲状旁腺素水平与心电图V1导联P波终末电势的相关性及对左心室舒张功能障碍的预测价值

目的探析慢性肾功能不全患者甲状旁腺素(PTH)水平与心电图V1导联P波终末电势(PTFv1)的相关性,并分析二者对左心室舒张功能障碍的预测价值。方法纳入2021年10月至2023年3月自黄浦区肿瘤防治院150例慢性肾功能不全患者为研究对象,所有患者入院时均接受PTH水平检测,并完善心电图和超声心动图检查,观察慢性肾功能不全患者PTH水平与心电图检查指标、超声心动图检查指标的相关性。统计所有患者左心室舒张功能障碍发生状况,并将其分为功能障碍组与功能正常组,对比两组基线资料及PTH水平与PTFv1,采用多因素logistic回归分析慢性肾功能不全患者左心室舒张功能障碍的影响因素,并绘制受试者工作特征(ROC)曲线分析PTH水平与PTFv1对左心室舒张功能障碍的预测价值。结果150例慢性肾功能不全患者PTH水平为(159.64±76.32)pg/ml,PTFv1为[-0.3(-0.2,-0.3)]mm·s,左心房内径(LAD)为(37.42±4.68)mm,左心室内径(LVDD)为(48.25±4.39)mm;Pearson相关性分析显示,慢性肾功能不全患者PTH水平与PTFv1呈负相关(r=-0.443,P<0.05),与LAD、LVDD呈正相关(r=0.345、0.523,P<0.05);150例慢性肾功能不全患者中发生左心室舒张功能障碍71例,占47.33%;功能障碍组LAD、LVDD、PTH水平高于功能正常组,PTFv1低于功能正常组(P<0.05);Logistic回归分析显示,LAD、LVDD、PTH是慢行肾功能不全患者发生左心室舒张功能障碍的危险因素(OR>1,P<0.05),PTFv1是保护因素(OR<1,P<0.05);ROC曲线显示,PTH、PTFv1对慢性肾功能不全患者发生左心室舒张功能障碍具有一定预测价值(AUC=0.863、0.753),联合预测价值更高(AUC=0.869)。结论慢性肾功能不全患者PTH水平与PTFv1呈负相关,PTH水平越高,左心房及左心室越大,临床可通过检测PTH水平预测患者左心室舒张功能障碍。

复杂静电场问题中电势零点选取的合理性

对一个复杂静电场问题分解为两个甚至多个子问题利用叠加原理进行电势求解时,如何合理地选取各个子问题的电势零点的问题进行了研究和讨论。首先讨论了电势参考点选取的任意性和相对性,然后通过一个实际的静电场问题引出了电势参考点选取的合理性。最后,从做功与能量和唯一性定理两个方面对电势参考点选取的合理性进行了分析与讨论。

锁相同步并网变换器电流控制内电势幅值/频率形成机制分析

传统电力系统中,同步发电机独立形成内电势幅值/频率,接入电网建立系统电压。然而目前电网电压的建立越来越依赖于可再生能源设备,在锁相同步下并网变换器形成内电势需检测电网电压,看似与同步机独立形成内电势并建立系统电压不同。针对此问题,研究锁相同步下变换器电流控制形成内电势幅值/频率的机制,明确内电势幅值/频率由电流唯一确定,阐明锁相同步设备在本质上与同步发电机独立形成内电势建立电压相同。首先,基于控制结构与交流瞬时值形成的本质,说明变换器的输出实质上为内电势幅值/频率。然后,从设备与网络闭环动态过程出发,明确端电压与电流的冗余关系,在输入电流确定后内电势幅值/频率即可相应地唯一确定。最后,结合仿真分析,说明输入电流唯一确定内电势幅值/频率的正确性。

分数槽绕组永磁电机低空载反电势谐波设计

分数槽绕组永磁电机因其独特的优点而被广泛应用,其中最显著的优点是空载反电势波形正弦高,这不仅有助于提升电机系统的控制性能,而且能够有效降低电机运行时的转矩脉动和损耗,提升电机品质。首先,对比分析了整数槽绕组和分数槽绕组永磁电机的结构特点和磁路特征。然后,基于绕组函数和气隙磁密函数,推导了永磁电机空载反电势的一般表达式,并从空间谐波角度出发,揭示了分数槽绕组结构改善永磁电机空载反电势波形的内在影响机制。优化设计一台24槽8极整数槽绕组永磁电机和一台27槽8极分数槽绕组永磁电机来验证理论分析结果,对比分析了两台电机的绕组因数谐波与气隙磁密谐波、空载反电势和转矩性能。研究表明,空载反电势第k次谐波由kpr(pr为永磁体极对数)阶次的空载气隙磁密谐波与v=kpr阶次的绕组因数谐波产生,同阶次绕组因数谐波与空载气隙磁密谐波数量越多,空载反电势谐波含量亦越多。最后,研制了27槽8极分数槽绕组永磁电机样机并进行了部分实验,测试了电机的空载反电势波形、相电流和转矩等性能,并与有限元预测结果进行比较,以验证理论分析与有限元预测的正确性。

关于电极电势几个问题的讨论

从电极电势的定义出发 ,探讨了绝对电极电势与相对电极电势、电极电势的符号、标准电极电势。

水氧化还原反应中电极电势的计算和讨论

计算电极电势是电化学的必备技能。目前物理化学教材中,一般只给出了酸性条件下部分物质的标准电极电势(φ^(Θ)),以及如何利用Nernst方程由φ^(Θ)计算电极电势(φ)。教材中对于碱性条件下φ_(B)^(Θ)没有涉及,学生对φ_(B)^(Θ)不甚理解,乃至在由φ_(B)^(Θ)计算φ时可能得到错误的结果和结论。本文以水(H_(2)O)氧化还原反应为例,从物质的标准生成Gibbs自由能变(△_(f)G_(m)^(Θ))出发计算φ^(Θ)和φ_(B)^(Θ),结合酸(或碱)性条件下反应物种的分析,利用Nernst方程计算不同pH下的φ,给出φ–pH图。此外,还讨论了热力学同位素效应对φ^(Θ)和φ的影响。这可为作为相关教学和科研的参考。

基于教材分析的“教-学-评”一体化教学设计——以“电势差”内容为例

为落实高中物理教学中培养学生物理学科核心素养的要求,以教材分析为起点,以“教-学-评”一体化为落脚点,以“电势差”为例,对多个版本教材进行分析,细化本节内容的教学任务,理清本节知识结构,梳理教学流程,显化主要教学环节,彰显“教-学-评”一体化教学设计的优点,为一线教师有效实施教学活动提供参考。

关于电极电势的规定与实测

分析了电池电动势和电极电势的联系与区别，排除了欧洲系统习惯的束缚，提出了电极电势实测的新思维。

热电偶中温差电势对总热电势的影响

应用电子物理的理论，导出热电偶总热电势的构成机理，就温差电势对总热电势的影响作了分析比较。认为随着某些新型热电偶的出现，温差电势在总电势中呈现主要作用；并对有关持接触电势起主导作用的观点提出了质疑。

计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算

虚拟同步发电机(VSG)控制策略的复杂性使其呈现丰富的暂态特征,明确VSG故障特性对构网型保护适应性分析与新原理研究意义重大。现有关于VSG故障特性的研究主要围绕对称短路和内电势恒定展开,并未涉及不对称短路场景且未计及内电势变化对短路电流解析计算的影响。针对上述问题,提出一种计及内电势变化影响的VSG不对称短路暂态电流解析计算方法。首先,基于不对称短路时平衡电流和故障限流控制策略,分析不同无功功率参考值影响下VSG内电势的变化特征;其次,基于虚拟阻抗环建立短路电流和内电势之间的方程,明晰内电势变化对短路电流暂态特性的影响;然后,在分析无功功率-电压环动态特性的基础上,建立短路电流和内电势之间的微分方程,通过联立上述方程即可得到内电势和短路电流的解析表达式;最后,通过数字仿真和实时仿真验证了所推导的解析计算式的正确性。

关于电势零点选取的讨论

在静电学中,计算电势时要选取电势零点作为参考点。对在电势零点的选取时存在的一些问题进行了讨论。

Ag/Ag_(2)CO_(3)宽电势催化剂电催化还原CO_(2)制CO性能研究

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)催化剂面临稳定性差和选择性低等挑战,开发高性能、宽电势CO_(2)RR催化剂成为研究热点。采用原位制备法,在伏安线性扫描过程中,反应诱导银箔基底与KHCO_(3)电解液原位生成催化剂I-Ag/Ag_(2)CO_(3)。采用XRD、XPS、Raman、SEM和TEM等对I-Ag/Ag_(2)CO_(3)进行了表征,并考察了其在H型电解池中电催化性能。结果表明,I-Ag/Ag_(2)CO_(3)在宽电势(-0.78~-1.78 V)范围内表现出高效的CO_(2)还原制CO催化性能,该催化剂的CO部分电流密度最高可达53 mA/cm^(2)。该催化剂在1 V的宽电势区间内CO法拉第效率(FECO)高于80%,在-1.18 V(参比电极为可逆氢电极,下同)电势下FECO最大值为96%,并能够在-1.0 V、20 h内不低于90%。通过构-效关系分析可知,通过原位制备法获得的I-Ag/Ag_(2)CO_(3)上Ag和Ag_(2)CO_(3)之间形成了特殊异质结构,减小了电子转移至CO_(2)的阻力,提高了CO_(2)RR过程速控步骤的反应速率。