Potentiel Volta - Volta potential

Le potentiel Volta (également appelée différence de potentiel Volta , le contact différence de potentiel , la différence de potentiel externe , Δψ, ou « delta psi ») en électrochimie , est le potentiel électrostatique différence entre les deux métaux (ou un métal et un électrolyte ) qui sont en contact et sont en équilibre thermodynamique . Plus précisément, il s'agit de la différence de potentiel entre un point proche de la surface du premier métal, et un point proche de la surface du deuxième métal (ou électrolyte ).

Le potentiel Volta est nommé d'après Alessandro Volta .

Potentiel de Volta entre deux métaux

Lorsque les deux métaux représentés ici sont en équilibre thermodynamique avec l'autre comme indiqué (égalité des niveaux de Fermi ), le vide potentiel électrostatique φ est pas plat en raison d'une différence de fonction de travail .

Lorsque deux métaux sont isolés électriquement l'un de l'autre, une différence de potentiel arbitraire peut exister entre eux. Cependant, lorsque deux surfaces métalliques neutres différentes sont mises en contact électrique (même indirectement, par exemple, à travers un long fil électroconducteur), les électrons passeront du métal avec un niveau de Fermi supérieur au métal avec le niveau de Fermi inférieur jusqu'à ce que le niveau de Fermi les niveaux dans les deux phases sont égaux. Une fois que cela s'est produit, les métaux sont en équilibre thermodynamique les uns avec les autres (le nombre réel d'électrons qui passent entre les deux phases est généralement faible). Ce n'est cependant pas parce que les niveaux de Fermi sont égaux que les potentiels électriques sont égaux. Le potentiel électrique à l'extérieur de chaque matériau est contrôlé par son travail de sortie , et ainsi des métaux différents peuvent montrer une différence de potentiel électrique même à l'équilibre.

Le potentiel de Volta n'est pas une propriété intrinsèque des deux métaux en vrac considérés, mais est plutôt déterminé par les différences de travail de sortie entre les surfaces des métaux. Tout comme le travail de sortie, le potentiel Volta dépend de manière sensible de l'état de surface, de la contamination, etc.

Mesure du potentiel Volta (sonde Kelvin)

À ne pas confondre avec le clip Kelvin .
Diagramme d'énergie de la sonde Kelvin dans une configuration à vide plat, utilisé pour mesurer le potentiel Volta entre l'échantillon et la sonde.

Le potentiel Volta peut être important (de l'ordre de 1 volt) mais il ne peut pas être mesuré directement par un voltmètre ordinaire . Un voltmètre ne mesure pas les potentiels électrostatiques sous vide, mais plutôt la différence de niveau de Fermi entre les deux matériaux, une différence qui est exactement nulle à l'équilibre.

Le potentiel de Volta correspond cependant à un champ électrique réel dans les espaces entre et autour des deux objets métalliques, un champ généré par l'accumulation de charges à leurs surfaces. La charge totale sur la surface de chaque objet dépend de la capacité entre les deux objets, par la relation où est le potentiel de Volta. Il s'ensuit donc que la valeur du potentiel peut être mesurée en faisant varier la capacité entre les matériaux d'une quantité connue (par exemple, en éloignant les objets les uns des autres) et en mesurant la charge déplacée qui traverse le fil qui les relie.

La différence de potentiel Volta entre un métal et un électrolyte peut être mesurée de la même manière. Le potentiel Volta d'une surface métallique peut être cartographié à très petite échelle à l'aide d'un microscope à sonde Kelvin , basé sur la microscopie à force atomique . Sur de plus grandes surfaces de l'ordre de quelques millimètres à quelques centimètres, une sonde Kelvin à balayage (SKP), qui utilise une sonde filaire de dizaines à centaines de microns, peut être utilisée. Dans les deux cas, le changement de capacité n'est pas connu - à la place, une tension continue de compensation est ajoutée pour annuler le potentiel Volta de sorte qu'aucun courant ne soit induit par le changement de capacité. Cette tension de compensation est le négatif du potentiel Volta.

Voir également

Les références