Voltaje potencial
El potencial de Volta (también llamado diferencia de potencial de Volta, diferencia de potencial de contacto, diferencia de potencial externo , Δψ, o "delta psi") en electroquímica , es la diferencia de potencial electrostático entre dos metales (o un metal y un electrolito ) que están en contacto y están en equilibrio termodinámico . Específicamente, es la diferencia de potencial entre un punto cercano a la superficie del primer metal y un punto cercano a la superficie del segundo metal (o electrolito ). [1]
Cuando dos metales están eléctricamente aislados entre sí, puede existir una diferencia de potencial arbitraria entre ellos. Sin embargo, cuando dos superficies metálicas neutras diferentes se ponen en contacto eléctrico (incluso indirectamente, digamos, a través de un cable electroconductor largo), los electrones fluirán desde el metal con un nivel de Fermi más alto al metal con el nivel de Fermi más bajo hasta que el Fermi los niveles en las dos fases son iguales. Una vez que esto ha ocurrido, los metales están en equilibrio termodinámico entre sí (el número real de electrones que pasan entre las dos fases suele ser pequeño). Sin embargo, el hecho de que los niveles de Fermi sean iguales no significa que los potenciales eléctricos sean iguales. El potencial eléctrico fuera de cada material está controlado por su función de trabajo., por lo que metales disímiles pueden mostrar una diferencia de potencial eléctrico incluso en equilibrio.
El potencial de Volta no es una propiedad intrínseca de los dos metales a granel bajo consideración, sino que está determinado por las diferencias de funciones de trabajo entre las superficies de los metales. Al igual que la función de trabajo, el potencial de Volta depende sensiblemente del estado de la superficie, la contaminación, etc.
El potencial Volta puede ser significativo (del orden de 1 voltio) pero no se puede medir directamente con un voltímetro ordinario . Un voltímetro no mide los potenciales electrostáticos de vacío, sino la diferencia en el nivel de Fermi entre los dos materiales, una diferencia que es exactamente cero en el equilibrio.
Sin embargo, el potencial de Volta corresponde a un campo eléctrico real en los espacios entre y alrededor de los dos objetos metálicos, un campo generado por la acumulación de cargas en sus superficies. La carga total sobre la superficie de cada objeto depende de la capacitancia entre los dos objetos, por la relación donde es el potencial Volta. De ello se deduce que el valor del potencial se puede medir variando la capacitancia entre los materiales en una cantidad conocida (p. ej., alejando los objetos uno del otro) y midiendo la carga desplazada que fluye a través del cable que los conecta.
La diferencia de potencial de Volta entre un metal y un electrolito se puede medir de manera similar. [2] El potencial Volta de una superficie metálica se puede mapear en escalas muy pequeñas mediante el uso de un microscopio de fuerza de sonda Kelvin , basado en microscopía de fuerza atómica . En áreas más grandes del orden de milímetros a centímetros, se puede usar la sonda Kelvin de exploración (SKP), que utiliza una sonda de alambre de decenas a cientos de micras de tamaño. En cualquier caso, el cambio de capacitancia no se conoce; en su lugar, se agrega un voltaje de CC de compensación para cancelar el potencial de Volta, de modo que el cambio de capacitancia no induzca corriente. Este voltaje de compensación es el negativo del potencial de Volta.
