Потенциал Вольта (также называемый разностью потенциалов Вольта , контактной разностью потенциалов , внешней разностью потенциалов , Δψ или «дельта фунтов на квадратный дюйм») в электрохимии представляет собой разность электростатических потенциалов между двумя металлами (или одним металлом и одним электролитом ), которые находятся в контакте и находятся в термодинамическом равновесии . В частности, это разность потенциалов между точкой, близкой к поверхности первого металла, и точкой, близкой к поверхности второго металла (или электролита ). [1]
Потенциал Вольта назван в честь Алессандро Вольты .
Когда два металла электрически изолированы друг от друга, между ними может существовать произвольная разность потенциалов. Однако когда две разные нейтральные металлические поверхности приводятся в электрический контакт (даже косвенно, скажем, через длинный электропроводящий провод), электроны будут перетекать из металла с более высоким уровнем Ферми в металл с более низким уровнем Ферми до тех пор, пока не произойдет электрический контакт. уровни в двух фазах равны. Как только это происходит, металлы находятся в термодинамическом равновесии друг с другом (фактическое число электронов, проходящих между двумя фазами, обычно невелико). Однако то, что уровни Ферми равны, не означает, что электрические потенциалы равны. Электрический потенциал вне каждого материала контролируется его работой выхода , поэтому разнородные металлы могут иметь разность электрических потенциалов даже в равновесии.
Потенциал Вольта не является внутренним свойством двух рассматриваемых объемных металлов, а скорее определяется различиями работ выхода между поверхностями металлов. Как и работа выхода, потенциал Вольта сильно зависит от состояния поверхности, загрязнения и т. д.
Вольта-потенциал может быть значительным (порядка 1 вольта), но его нельзя измерить непосредственно обычным вольтметром . Вольтметр измеряет не вакуумные электростатические потенциалы, а разницу уровней Ферми между двумя материалами, которая в равновесии равна нулю.
Однако потенциал Вольта соответствует реальному электрическому полю в пространствах между двумя металлическими объектами и вокруг них, полю, создаваемому накоплением зарядов на их поверхностях. Общий заряд на поверхности каждого объекта зависит от емкости между двумя объектами по соотношению , где – потенциал Вольта. Отсюда следует, что величину потенциала можно измерить, изменяя емкость между материалами на известную величину (например, перемещая объекты дальше друг от друга) и измеряя смещенный заряд, который течет по проводу, соединяющему их.
Разность потенциалов Вольта между металлом и электролитом можно измерить аналогичным образом. [2] Вольта-потенциал металлической поверхности можно составить карту в очень малых масштабах с помощью зондового силового микроскопа Кельвина , основанного на атомно-силовой микроскопии . На больших площадях (от миллиметров до сантиметров ) можно использовать сканирующий зонд Кельвина (СКП), в котором используется проволочный зонд размером от десятков до сотен микрон. В любом случае изменение емкости неизвестно — вместо этого добавляется компенсирующее напряжение постоянного тока, чтобы нейтрализовать потенциал Вольта, чтобы ток не индуцировался изменением емкости. Это компенсирующее напряжение является отрицательным потенциалом Вольта.
