볼타 포텐셜

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전기화학에서 볼타 전위(볼타 전위차, 접촉 전위차, 외부 전위차, Δδ 또는 "델타 psi"라고도 함)는 접촉하고 열역학적 평형 상태에 있는 두 금속(또는 금속 1개와 전해질 1개) 사이의 정전기 전위차이다. 구체적으로는 첫 번째 금속의 표면에 가까운 점과 두 번째 금속(또는 전해질)의 표면에 가까운 점 사이의 전위차이다.^[1]

볼타 전위는 알레산드로 볼타의 이름을 따서 명명되었다.

두 금속 사이의 볼타 전위

두 금속이 전기적으로 서로 분리될 때, 그들 사이에 임의의 전위차가 존재할 수 있다. 그러나 두 개의 서로 다른 중립적인 금속 표면이 전기적으로 접촉될 때(예를 들어, 긴 전기전도 와이어를 통해 간접적으로라도), 두 단계의 페르미 레벨이 같을 때까지 페르미 레벨이 더 높은 금속에서 페르미 레벨이 더 낮은 금속으로 전자가 흐를 것이다. 일단 이런 일이 일어나면 금속은 서로 열역학적 평형 상태에 있게 된다(두 위상 사이를 통과하는 실제 전자의 수는 대개 적다). 그러나 페르미 수준이 동일하다고 해서 전위가 동일하다고는 할 수 없다. 각 물질 외부의 전위는 그 작용 기능에 의해 제어되기 때문에 이종금속은 평형에서도 전위차를 보일 수 있다.

볼타 전위는 고려 중인 두 벌크 금속의 내재가 아니라 금속 표면 사이의 작업 기능 차이로 결정된다. 작업 기능과 마찬가지로 볼타 전위는 표면 상태, 오염 등에 민감하게 의존한다.

볼타 전위 측정(켈빈 프로브)

볼타 전위는 유의할 수 있지만(순서 1V) 일반 전압계로 직접 측정할 수는 없다. 전압계는 진공 정전기 전위를 측정하지 않고 대신 두 물질 사이의 페르미 수준의 차이를 측정하는데, 이는 평형에서 정확히 0이다.

그러나 볼타 전위는 두 금속 물체 사이의 공간과 주변의 공간에 있는 실제 전기장에 해당하며, 그 표면에서 전하의 축적에 의해 생성된다. 각 물체의 표면에 대한$$ 총 $전하{\displaystyle }$ Q ${\displaystyle Q}$은 $두{\displaystyle }$ 물체 사이의$$ $캐패시턴스{\displaystyle }$ C ${\$$displaystyle$ $C}$에 따라 Q${\displaystyle }$= ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle \Delta }$ ψ ${\delta \psi$}에 따라 달라지며$$ 여기서 $\Delta {\displaystyle \mathrm{}}$ c$$${\displaystyle \psi }$ ${\displaystyle \Delta \psi }$은 Volta 잠재력이다. 따라서 전위의 값은 알려진 양만큼 물질 간의 정전 용량을 변화시키고(예를 들어 물체를 서로 멀리 이동시킴으로써), 전위를 연결하는 와이어를 통해 흐르는 전하를 측정함으로써 측정할 수 있다.

금속과 전해질 사이의 볼타 전위차는 비슷한 방식으로 측정할 수 있다.^[2] 금속 표면의 볼타 전위는 원자력 현미경에 기초한 켈빈 탐사력 현미경을 사용하여 매우 작은 스케일로 매핑될 수 있다. 밀리미터에서 센티미터의 순서로 넓은 면적에 걸쳐 수십에서 수백 미크론의 와이어 프로브를 사용하는 스캔 켈빈 프로브(SKP)를 사용할 수 있다. 두 경우 모두 캐패시턴스 변화를 알 수 없는 경우(대신, 보정 DC 전압)를 추가하여 캐패시턴스 변화에 의해 전류가 유도되지 않도록 Volta 전위를 취소한다. 이 보상 전압은 볼타 전위의 음이다.

참고 항목

• 전극 전위
• 절대 전극 전위
• 전위
• 갈바니 전위
• 전위차(전압)
• 밴드 벤딩
• 볼트
• 볼타 효과

참조