電化學(xué)位能

相關(guān)概念

在電鍍槽中，將浸在鍍液中的被鍍件與直流電源負(fù)極相連接(組成陰極)，將要鍍覆的金屬與直流電源的正極相連接接(組成陽極)，鍍槽里的鍍液中含有鍍層金屬的離子，接電源，鍍液中的金屬離子便在陰極上沉積形成鍍層。

金屬在陰極上電沉積可以分為三個(gè)過程，具體如《電沉積示意圖》所示。首先，陽極金屬表面的離子與水分子結(jié)合成水化離子，水化離子向陰極擴(kuò)散，由鍍液內(nèi)部移到陰極表上；然后，金屬水化離子脫水并與陰極電子反應(yīng)生成金屬原子。最后，金屬原子在陰極上排列生成一定形狀的金屬晶體，并與基體相結(jié)合。

針對(duì)局地環(huán)流能量轉(zhuǎn)換問題，該工作系列討論擾動(dòng)位能理論及其應(yīng)用。提出了擾動(dòng)位能的新概念，將其分解為大氣擾動(dòng)位能(簡稱擾動(dòng)位能)和表面擾動(dòng)位能兩個(gè)部分，給出了擾動(dòng)位能各階矩項(xiàng)的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，結(jié)合資料指出二階以上的擾動(dòng)位能高階矩項(xiàng)相對(duì)于其一階矩項(xiàng)和二階矩項(xiàng)來說是小量，并指出擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)的全球平均恰好等于傳統(tǒng)的有效位能，但兩者在物理意義上明顯不同。

位能擾動(dòng)位能的季節(jié)變化

擾動(dòng)位能有明顯的季節(jié)變化。從冬季和夏季帶面積加權(quán)的整層大氣擾動(dòng)位能一階矩項(xiàng)、二階矩項(xiàng)及它們總和的垂直平均的全球分布?？芍獰o論是擾動(dòng)位能的一階矩項(xiàng)、二階矩項(xiàng)還是它們的總和都是冬半球的分布與年平均的情形相似。

與年平均情況一樣，擾動(dòng)位能的冬夏分布形勢(shì)和變化與擾動(dòng)位能一階矩項(xiàng)的相似。從冬夏擾動(dòng)位能的差可以較好地反映其年變化。在熱帶地區(qū)，由于太陽輻射變化不大而整層大氣擾動(dòng)位能的一階矩項(xiàng)、二階矩項(xiàng)以及擾動(dòng)位能本身的年變化較小，這些量的年變化在陸地上比在海洋上要大。擾動(dòng)位能的一階矩項(xiàng)和擾動(dòng)位能由冬到夏在北半球基本上是增大(除了北半球熱帶地區(qū))，而在南半球則相反，增大和減弱最顯著的地區(qū)分別位于大陸的上空。

南、北半球和全球平均的整層大氣擾動(dòng)位能的季節(jié)變化，可見半球平均的整層大氣擾動(dòng)位能的季節(jié)變化是顯著的，但全球平均的季節(jié)變化很小，基本穩(wěn)定。對(duì)于一階矩項(xiàng)，北半球平均值夏季最大，冬季最小，南半球平均值正好相反，它們季節(jié)變化的幅度約為70×10⁶J。對(duì)于二階矩項(xiàng)，南、北半球平均值的變化與一階矩項(xiàng)的相反，其季節(jié)變化的幅度約為3.5×10⁶J，約是一階矩項(xiàng)的二十分之一。為了維持平衡，存在著平均一階矩項(xiàng)從冬半球向夏半球、平均二階矩項(xiàng)從夏半球向冬半球的越赤道輸送。

位能擾動(dòng)位能與動(dòng)能之間的聯(lián)系

南、北半球和全球平均的整層大氣總動(dòng)能的季節(jié)變化與擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)的變化情況極為相似，似乎呈一固定的比例。這一點(diǎn)可以通過提供的南半球、北半球和全球平均的整層大氣總動(dòng)能和擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)的比值得到反映，對(duì)于全球平均而言，它們的比值較半球尺度情況更穩(wěn)定，平均而言約為20%,說明從全球尺度上大氣總動(dòng)能的季節(jié)變化與擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)的關(guān)系密切。但從區(qū)域尺度或局地上看，兩者之間的關(guān)系不明確，年平均整層大氣總動(dòng)能與擾動(dòng)位能的二階矩項(xiàng)之比的分布，可以看出一些急流區(qū)和季風(fēng)區(qū)內(nèi)的情況，同時(shí)，可見有些地區(qū)大氣動(dòng)能比擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)的數(shù)值還大不少，特別是在南北兩半球副熱帶急流區(qū)，而且在這些地區(qū)在不同的季節(jié)大氣動(dòng)能比擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)甚至大80～100倍以上，表明在區(qū)域或局地的尺度，擾動(dòng)位能二階矩項(xiàng)并不能代表全位能中可以釋放的那一部分(即全位能變?yōu)閯?dòng)能的部分)。然而，大氣動(dòng)能卻與擾動(dòng)位能一階矩項(xiàng)的關(guān)系密切，兩者呈現(xiàn)非常清楚的反向變化關(guān)系，其實(shí)對(duì)于任何局地上的情況都是如此，這種結(jié)果是符合能量學(xué)觀點(diǎn)的，說明擾動(dòng)位能對(duì)于局地環(huán)流動(dòng)能維持的重要性。

彈性理論中的最小位能原理是用應(yīng)變變分表示的彈性力學(xué)變分原理。

對(duì)于給定的彈性體，真實(shí)發(fā)生的位移使體系總位能的一次變分為零。記位移為u=(u₁,u₂,u₃)，應(yīng)變?yōu)?section class="formula-container formula-container__blockcenter"> 應(yīng)力為σ_ij，體積力密度為F=(F₁,F₂,F₃)，表面力密度為P=(P₁,P₂,P₃)，體系總位能為

以位移變分表示位能的變分，則有

勢(shì)場又稱保守力場這些力都稱為保守力，保守力的特點(diǎn)是它對(duì)物體或電荷做功的大小，只和物體或電荷的始點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān)，而和所循的途徑無關(guān)。即當(dāng)始、終點(diǎn)固定時(shí)，循直線或循很復(fù)雜的曲線，保守力所作的功相同；循任意曲線回旋一周，保守力作功為零，物體或電荷恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，因此機(jī)械能守恒，并因此可用勢(shì)能的變化來描述保守力作功的大小。非保守力也稱耗散力，如摩擦力和粘性力等，其作功大小不僅和起、終點(diǎn)有關(guān)，也和所循途徑有關(guān)，循曲線回旋一周，不能恢復(fù)原來的能量狀態(tài)，即機(jī)械能有所損失或有所增加，存在機(jī)械能和其他能量的轉(zhuǎn)換。分析質(zhì)點(diǎn)在勢(shì)場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)常用到勢(shì)能、動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，因此勢(shì)能是動(dòng)力學(xué)中的一個(gè)重要概念。重力勢(shì)能是物體因?yàn)橹亓ψ饔枚鴵碛械哪芰?公式為EP=mg△h)