3. Galvánelem elektromotoros ereje

A galvánelem elektromotoros erejét az alábbi meggondolásokkal számíthatjuk ki:

A galvánelem, mint rendszer, DU belsô energiájának (reverzibilis) megváltozása a rendszerrel közölt q hômennyiség és a w munkavégzés összege:

 (3)

Az elsô tag állandó hômérsékleten q=TD S, a másikkal kapcsolatban tételezzük fel, hogy csak térfogati munkából és a rendszeren végzett elektromos munkából áll, azaz állandó nyomáson w=-PD V+w_el. Így, behelyettesítéssel és átrendezéssel azt kapjuk, hogy állandó nyomáson és hômérsékleten

(4)

A rendszer által végzett elektromos munka (-w_el) a fenti galvánelem esetében egyszerûen számítható: legyen R elegendôen nagy, hogy U és E ne különbözzenek számottevôen (és így a rendszer egyensúlyinak legyen tekinthetô); folyjon I áram az ellenálláson, vagyis D t idô alatt haladjon át Q=IDt töltés; ekkor az ellenállásban D E·I·D t=D E·Q=-w_el hô fejlôdik (ennyi elektromos munka alakul hôvé). 1 mól anyag elreagálásakor a külsô körön Q=nF töltés halad át, ahol F a Faraday-állandó, azaz egy mól elektron töltésének abszolút értéke, és n a folyamatban résztvevô elektronok sztöchiometriai száma. Mindezeket figyelembe véve, a 3. egyenlet az alábbi alakban írható át:

 (5)

A 4. egyenlet szerint a cella elektromotoros ereje egyenesen arányos a cellareakció szabadentalpiaváltozásával; ezen egyenlet birtokában valamely redoxreakció D G_T,P szabadentalpia-változása igen egyszerûen meghatározható a megfelelô galvánelem elektromotoros erejének megmérésével. További termodinamikai mennyiségek, D H_T,P és D S_T,P is meghatározhatóak D E mérésével az alábbi egyenletek alapján:

  (6)

 


(7)

A reakció egyensúlyi állandója is meghatározható az elektromotoros erô ismeretében, ugyanis

 (8)