磁場的電化學(xué)效應(yīng)的解釋

磁場的電化學(xué)效應(yīng)的解釋以及在進(jìn)行過程中正電荷的來源在磁場的電化學(xué)效應(yīng)中，電流的獲得是通過磁場電極源源不斷的吸附溶液中的鐵離子來實(shí)現(xiàn)的。那么，溶液中的鐵離子應(yīng)該會越來越少才對，現(xiàn)在大家都知道，溶液中的鐵離子是由另一個不帶磁場的電極上的鐵不斷的分解成鐵離子來實(shí)現(xiàn)的，那么，是通過什么樣的方式使電極上的鐵變成鐵離子并且溶解到溶液中的呢？

在關(guān)于磁場的電化學(xué)效應(yīng)的微觀解釋和應(yīng)用過程中的兩個定性關(guān)系中我曾提出可以歸結(jié)到微觀粒子由于分子熱運(yùn)動所形成的碰撞上，下面以硫酸亞鐵為例來具體討論這個問題。一、溶液中的狀態(tài)

在一個盛著硫酸亞鐵的容器中，放置兩個鐵電極并相隔一定的距離，并且兩個電極用電流表相連。在其中一個電極附近放置一個磁場，那么電流表則會有電流通過的指示。這就是磁場的電化學(xué)效應(yīng)。

1、溶液的構(gòu)成

在硫酸亞鐵溶液中，會存在如下幾種離子：Fe（一價(jià)、二價(jià)、三價(jià)）、H（一價(jià)）、H3O(一價(jià)）、OH（負(fù)一價(jià)）、SO4（負(fù)二價(jià)）以及中性的水分子。在溶液中不停的碰撞進(jìn)行分子熱運(yùn)動。

2、溶液中離子的分布狀態(tài)

由于鐵具有導(dǎo)磁性能，那么在磁場附近的電極上則會產(chǎn)生一個磁場源，它會對溶液中的鐵離子產(chǎn)生引力的作用，使磁場電極附近的鐵離子濃度大于溶液的平均鐵離子濃度。這導(dǎo)致磁場電極附近的正電荷濃度大于溶液的平均正離子濃度。關(guān)于正離子，溶液中還存在H、H3O兩種一價(jià)的正離子，由于磁場不能對它們產(chǎn)生引力的作用，因此在溶液中可以看作均勻分散的，與磁場無關(guān)。

3、溶液中動態(tài)的離子分布狀態(tài)

溶液中動態(tài)的離子分布狀態(tài)主要是由電極的磁場和電場的作用所形成。

（1）磁場電極附近離子的動態(tài)平衡

我們知道，在攜帶磁場的電極附近，由于電極磁場的作用，會使這個電極周圍的鐵離子的密度大于溶液中的平均離子密度，和這個磁場電極相互碰撞的離子鐵離子相對來說較多，那么在鐵離子和鐵電極碰撞的過程中，鐵離子會從鐵電極上獲得電子，如果一個鐵離子和鐵電極碰撞的過程中從鐵電極上獲得兩個電子，那么鐵離子則會變成鐵原子，并被磁場電極所吸收。同時(shí)是鐵電極獲得兩個單位的正電荷。這樣的話，大量的鐵離子和在這個鐵電極的碰撞會使鐵電極產(chǎn)生大量的正電荷。大家知道其結(jié)果是在這個鐵電極上產(chǎn)生一個正電場。這個正電場同樣會對溶液中的負(fù)離子產(chǎn)生電場力，并使磁場鐵電極附近的負(fù)離子增多。當(dāng)磁場和電場對離子的兩種作用相互抵消的時(shí)候，那么則在磁場電極的附近產(chǎn)生一種離子分布的平衡狀態(tài)。此時(shí)，磁場電極附近的正負(fù)離子達(dá)到一種平衡。正負(fù)離子的密度分布則是均勻的了。

磁場的電化學(xué)效應(yīng)就在于不斷的打破這種平衡，將磁場電極上的正電荷轉(zhuǎn)移到其它的地方（另一個電極上），那么這樣的結(jié)果則形成溶液中的鐵離子不斷的向磁場電極靠攏，被磁場電極吸附。從而形成一個持續(xù)的電流。

（2）沒有磁場電極附近離子的動態(tài)平衡

由于磁場電極和沒有磁場的電極是通過到線相連的，那么當(dāng)磁場電極產(chǎn)生一個正電場的時(shí)候，磁場電極上的正電荷密度大于負(fù)電荷密度（負(fù)電荷是鐵電極中的電子），那么通過導(dǎo)線，則將這種正電荷密度傳遞到?jīng)]有磁場的電極上，這一點(diǎn)是通過電子之間的庫倫力來實(shí)現(xiàn)的。這樣也同時(shí)在沒有磁場電極的鐵電極上建立一個正電場。通過電場力的作用，它同樣也會使這個鐵電極附近的負(fù)離子的密度增加。那么，通過負(fù)離子和沒有磁場的鐵電極的碰撞，將鐵原子以離子的形式從鐵電極上分離出去，從而減少電極上的正電荷。這樣，使電極上的鐵以鐵離子的形式溶解到溶液中。

這樣，不但在溶液中形成一種穩(wěn)定的鐵離子定向移動，同時(shí)也會使導(dǎo)線上產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電流。二、磁場的電化學(xué)效應(yīng)中的能量狀況

只要我們在硫酸亞鐵的溶液中放置兩個電極，并且在其中一個電極的上方放置一個永久磁體，那么我們似乎就可以永遠(yuǎn)地得到電流了，這似乎和傳統(tǒng)中所說的永動機(jī)是相似的。似乎在產(chǎn)生電流的過程中不需要外來的能量。對這個問題在沒有詳細(xì)地分析之前，我也是這末認(rèn)為的。但是稍作分析，就看出不需要能量是不可能的。鐵離子到鐵原子或者鐵原子到鐵離子這是化學(xué)過程，下面首先我們先來看看化學(xué)反應(yīng)的條件。

1、化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的條件

除了一號元素氫原子外，其它元素的原子都會在原子核的外圍布滿了電子，當(dāng)然這也包括離子。當(dāng)兩個原子自由的接近到一定距離的地方，它們會被外層電子的電場作用排斥開。這樣的一種結(jié)論是通過客觀事實(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)的。主要是通過如下的客觀事實(shí)：

（1）任何兩種化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)都需要確定的溫度。

任何的化學(xué)燃料在燃燒的過程中都需要確定的溫度。在進(jìn)一步推廣，任何兩種化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)都需要確定的溫度。這決定了下一個結(jié)論：

（2）任何兩種化學(xué)物質(zhì)在接近絕對零度的條件下，不會發(fā)生任何的化學(xué)反應(yīng)。

通過這樣的條件，我們可以將最危險(xiǎn)的兩種化學(xué)物質(zhì)放置到一起，或者進(jìn)行存儲。

正是由于物質(zhì)的最外層都是電子，兩種物質(zhì)分子或者原子在相距到一定距離的時(shí)候，它們之間都會產(chǎn)生排斥力。根據(jù)庫侖定律，我們可以很輕松地得到這樣的結(jié)論。

這說明化學(xué)反應(yīng)需要最初的動量，這個動量的上限是兩種物質(zhì)原子在接觸的過程中必須打破核外電子的穩(wěn)定分布狀態(tài)。兩種化學(xué)物質(zhì)才有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果在化學(xué)物質(zhì)相互接觸的過程中打破了核外電子的穩(wěn)定分布狀態(tài)，那么兩種化學(xué)物質(zhì)會發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，這個相互作用是由原子核和電子的電場所提供。如果在這種作用過程中，存在一種穩(wěn)定的作用狀態(tài)，并且化學(xué)物質(zhì)分子的原子發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變，比如交換原子、分子中的原子發(fā)生數(shù)量或者結(jié)構(gòu)的變化。那么，就產(chǎn)生了新的化學(xué)物質(zhì)。

但是，如果沒有最初的原動量，那么這種化學(xué)過程是不會發(fā)生的。順便說一下，促使化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可以是光、射線等其它的外界條件，但這些外界條件的作用最終會使化學(xué)物質(zhì)分子的動量增加，直接反映的條件仍然是物質(zhì)分子的動量。通常，我們把這改變物質(zhì)狀態(tài)的量統(tǒng)統(tǒng)稱之為能量。

2、磁場的電化學(xué)效應(yīng)中維持電流的能量

在磁場的電化學(xué)效應(yīng)中，鐵原子轉(zhuǎn)變?yōu)殍F離子也需要這種使離子或者原子的結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生改變的動量（或者說能量）。我們稍微估算一下就會發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致鐵原子轉(zhuǎn)化為鐵離子的能量不是來自于磁場。我們只要計(jì)算一下鐵原子和鐵離子之間發(fā)生轉(zhuǎn)變需要的相對動量有多大，以及磁場在離子碰撞的自由程里所給于鐵離子的增加的動量有多大就行了。有點(diǎn)科學(xué)常識的人都可以得到，使鐵離子增加的速度連千分之一米每秒或者萬分之一米每秒都達(dá)不到，導(dǎo)致磁場的電化學(xué)效應(yīng)的能量一定不是來自于磁場。我們需要計(jì)算一下鐵原子和鐵離子之間發(fā)生變化的能量平衡，以判斷這種過程是否不需要能量。

在磁場的電化學(xué)效應(yīng)中，導(dǎo)致磁場的電化學(xué)反應(yīng)主要來自于兩種過程。一種過程是鐵離子和磁場電極碰撞的吸附過程，另一種是不帶磁場電極中的鐵原子以離子的形式擴(kuò)散到溶液的過程,我們只要考察這兩種過程的能量變化就可以了。

（1）鐵離子和磁場電極碰撞的吸附過程的能量變化

磁場電極上的鐵原子在原子的平衡位置震動，鐵離子和鐵原子的碰撞，其結(jié)果只有鐵離子經(jīng)碰撞后由于強(qiáng)烈的相互作用并吸附到鐵原子上，由于這種過程伴隨著鐵離子中的正電荷轉(zhuǎn)移到鐵電極上，是原子勢能的破壞。并且鐵離子變?yōu)樵釉谄胶馕恢谜饎?。這種碰撞是一種非彈性碰撞，其結(jié)果是要吸熱的。（可參見動量定律在化學(xué)過程中的一個應(yīng)用規(guī)律）

（2）不帶磁場電極中的鐵原子以離子的形式擴(kuò)散到溶液的過程的能量變化

前面我們已經(jīng)有不帶磁場電極上攜帶正電荷的結(jié)論，那么電極的周圍的溶液中會由于電場力的作用而聚集負(fù)離子，負(fù)離子的密度要大于正離子的密度。相對來說，負(fù)離子和沒有磁場的電極的碰撞幾率要大于正離子和電極的碰撞。

我們知道，負(fù)離子攜帶多余的電子，經(jīng)過和電極的碰撞是否會將這多余的電子轉(zhuǎn)移到電極上并且和電極上的正電荷中和呢？在硫酸亞鐵溶液中，主要存在OH（負(fù)一價(jià)）、SO4（負(fù)二價(jià)）的離子，這兩種負(fù)離子的結(jié)構(gòu)都是穩(wěn)定的，它不能將自身的電子轉(zhuǎn)移到電極上，反而會和鐵電極上的鐵原子產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，其作用的結(jié)果是使鐵原子攜帶電荷。OH（負(fù)一價(jià)）和鐵電極碰撞會使鐵原子上攜帶一個正電荷，SO4（負(fù)二價(jià)）和鐵電極碰撞會使鐵原子上攜帶兩個正電荷，在碰撞的瞬時(shí)會形成一種較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。參加碰撞的鐵原子會因此降低和電極上的鐵原子的作用，另一方面，碰撞的離子的表面是電子在和其它的鐵原子接近到一定距離的時(shí)候會產(chǎn)生斥力的作用(可以看作原子勢能），這樣鐵原子就會被負(fù)離子拉出鐵電極表面。從這個過程來看，一價(jià)的負(fù)離子和鐵電極的碰撞會拉出一價(jià)的鐵離子，二價(jià)的負(fù)離子和鐵電極的碰撞會拉出二價(jià)的鐵離子。在溶液中，由于二價(jià)的負(fù)離子受到電場的作用力要大一些，那么聚集在電極周圍的負(fù)離子，二價(jià)的負(fù)離子要遠(yuǎn)大于一價(jià)的負(fù)離子，因此從電極上打出的主要是二價(jià)的鐵離子。

在負(fù)離子拉出鐵離子的表現(xiàn)為能量的過程中，主要有兩個過程，分別是化合過程、和電極分離的過程。

化合過程就是負(fù)離子和鐵原子碰撞發(fā)生相互作用并且成為一個粒子的過程。根據(jù)如果分子間通過碰撞而結(jié)合成一個分子，那么，根據(jù)動量定律，這一過程必然是吸熱過程。（動量定律在化學(xué)過程中的一個應(yīng)用規(guī)律），必然是吸熱過程。

和電極分離的過程就是負(fù)離子和鐵離子以結(jié)合狀態(tài)離開電極的過程。電極的鐵原子震動的方向采用統(tǒng)計(jì)的方法可以認(rèn)為是各向同性，那么在統(tǒng)計(jì)上，可以將鐵原子的在平衡位置的運(yùn)動速度當(dāng)作零處理。那么負(fù)離子的動量完全轉(zhuǎn)化為原子勢能，負(fù)離子和鐵離子離開鐵電極的時(shí)的動量等于負(fù)離子碰撞前的動量。那么這顯然是一種吸熱過程。

如下的問題不能確定：負(fù)離子和鐵離子結(jié)合狀態(tài)，在溶液中的粒子間相互碰撞情況下，必然會分離。這種分離過程以及碰撞的粒子間的能量問題，完全由碰撞的具體情況所決定。但多數(shù)情況下會是一種放熱過程。目前我沒有更好的統(tǒng)計(jì)方法，只能是估算吧。

根據(jù)如上對離子和兩個電極的碰撞過程的分析，那么我們可以得到，磁場的電化學(xué)效應(yīng)不會是無緣無故的得到電流，而是利用的溶液分子的分子熱運(yùn)動。其趨勢是使溶液的溫度降低。

三、磁場的電化學(xué)效應(yīng)中的幾個關(guān)系

1、和磁極的磁場強(qiáng)度有關(guān)的幾個關(guān)系

第一、磁場強(qiáng)度和電路的關(guān)系。在前面我們已經(jīng)討論過這個問題，磁場強(qiáng)度直接決定磁場電極附近的鐵離子的密度，因此也決定單位時(shí)間吸附到磁場電極上的正電荷數(shù)量。

因此，磁場的強(qiáng)度越大同兩個磁極的電壓也越大。同時(shí)和導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度同樣越大。請注意，不一定成正比。（我想可以看作近似正比）下面要說明。

第二、磁場強(qiáng)度和溶液溶液中離子分布狀態(tài)的關(guān)系。當(dāng)磁場電極的磁場強(qiáng)度越大時(shí)，聚集在磁場電極上的正電荷數(shù)量越多，這無疑在磁場電極上建立一個正電場。這個正電場要吸引溶液中的負(fù)離子來聚集到磁場電極的周圍，使負(fù)粒子的密度也同時(shí)增加。前面我們已經(jīng)討論過，負(fù)離子可以從磁場電極上打出鐵離子。主要是二價(jià)的鐵離子。鐵離子和磁場電極碰撞，會再次吸附到鐵電極上。磁場強(qiáng)度的增加會加快鐵離子和鐵原子轉(zhuǎn)換。加快循環(huán)。

第三、磁場強(qiáng)度和電流消耗熱能的關(guān)系。磁場強(qiáng)度的增加會加快鐵離子和鐵原子轉(zhuǎn)換。在前面已經(jīng)說明了鐵離子和鐵原子在碰撞過程中能量消耗的關(guān)系，兩種過程總體上可以看作吸熱過程。那么磁場強(qiáng)度的增加，會使吸熱過程加劇。換句話說，溶液損耗能量越快。

第四、磁場強(qiáng)度的增加會導(dǎo)致磁場電極上附近的負(fù)離子密度增加，那么相對來說，一價(jià)負(fù)離子和電極的碰撞數(shù)量要增加，那么磁場強(qiáng)度的增加會導(dǎo)致一價(jià)鐵離子數(shù)量的增加。

2、鐵離子的種類

兩個二價(jià)鐵離子的碰撞，在絕大部分情況下是彈性碰撞，但是在極個別的情況下，兩價(jià)鐵離子的相互碰撞會產(chǎn)生一價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子。相反，一價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的碰撞卻在百分之百的情況下，形成兩個二價(jià)鐵離子。

3、溶液的溫度和磁場的電化學(xué)效應(yīng)的關(guān)系

第一、溶液的溫度是溶液微觀粒子的運(yùn)動速度的一種表示的量。溫度的升高會使微粒的運(yùn)動速度加快。同