패러데이 상수

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요
2. 정의
3. 다른 상수와의 관계
- 3.1. SI 단위계에서의 정의
4. 유도
5. 역사
6. 응용
- 6.1. 에너지와의 관계
7. 기타 단위
참조

1. 개요

패러데이 상수는 1 몰의 전자가 갖는 전하량을 의미하며, 기호 F로 나타낸다. 기본 전하량과 아보가드로 수의 곱으로 정의되며, 2019년 국제단위계(SI) 정의에 따라 정확히 96485.3321233100184 C/mol이다. 패러데이 상수는 전기화학에서 몰과 쿨롱 사이의 변환 계수로 사용되며, 전기분해 계산에 활용된다. 또한, 전압과 에너지 간의 변환 계수로 작용하여 깁스 에너지 변화와 관련된다. 패러데이 상수는 패러데이(단위)와 연관되지만, 현재 패러데이(단위)는 사용되지 않는다.

더 읽어볼만한 페이지

마이클 패러데이 - 패럿
패럿은 축전기의 전기 용량 SI 단위로, 1볼트의 전위차로 1쿨롱의 전하를 저장하는 용량이며, 실제 회로에서는 밀리패럿, 마이크로패럿 등의 접두어를 더 많이 사용하고, 마이클 패러데이의 이름을 따서 명명되었으며, 펨토패럿부터 킬로패럿까지 다양한 크기의 축전기가 사용된다.
마이클 패러데이 - 패러데이 새장
패러데이 새장은 도체로 만들어진 용기로, 도체 표면에 유도된 전하가 외부 전기장을 상쇄시켜 내부를 전기장 및 전자기파로부터 차폐하는 원리를 이용하며, 분석화학, 디지털 포렌식 등 다양한 분야에 활용된다.
전기화학 - 태양광 발전
태양광 발전은 태양빛을 직류 전기로 변환 후 교류 전기로 변환하여 사용하는 기술로, 다양한 종류의 태양전지 개발과 활용이 증가하고 있으나 초기 투자비용, 간헐성, 환경적 영향 등의 과제를 안고 있다.
전기화학 - 광전 효과
광전 효과는 빛이 물질에 닿을 때 전자가 방출되는 현상으로, 빛 에너지가 광자라는 덩어리로 양자화되어 있고, 아인슈타인의 광양자 가설로 설명되며, 다양한 기술에 응용되지만 문제도 야기한다.
물리 상수 - 보어 반지름
보어 반지름( $a_0$ )은 물리 상수들로 정의되며, 약 5.292 × 10^-11 m의 값을 가지고, 보어 모형에서 가장 안쪽 전자 궤도의 반지름으로 제시되어 원자 크기를 나타내는 척도로 사용된다.
물리 상수 - 볼츠만 상수
볼츠만 상수 k는 온도와 에너지를 연결하는 상수이며, 기체 상수와 아보가드로 상수의 비로 정의되고, SI 단위계에서 1.380649×10⁻²³ J/K의 값을 가지며, 거시 물리학과 미시 물리학을 연결하는 중요한 역할을 한다.

패러데이 상수
패러데이 상수
단위	쿨롱/몰 (C/mol)
차원	wikidata
정의
정의	전기 소량과 아보가드로 상수의 곱
값 계산	× }}
최종 값	}}
명칭 유래
명칭 유래	마이클 패러데이의 이름을 따서 명명됨
기타
다른 이름	패러데이 상수

2. 정의

패러데이 상수는 1 몰의 전자가 가진 전하량을 의미한다. 보통 ''F''로 나타낸다.^[5]

:''F'' = 96,485.3383(83) C/mol

기본전하량과 아보가드로 수의 곱과 같다. 2019년 5월 이후의 국제단위계(SI) 정의에서는 기본전하량과 아보가드로 수 모두 정확한 값을 갖는 정의값이므로, 패러데이 상수는 정확히 96485.3321233100184 C/mol이다. 국제과학기술데이터위원회(CODATA)(2018년)에서 제시하는 값은 위의 값을 유효숫자 10자리로 한 $F=N_\mathrm{A}e=96\ 485.332\ 12... \;\hbox{C}/\hbox{mol}$ 이다.^[5]

때때로 "전자 1몰당 전하량"으로 설명되는 경우가 있지만, 패러데이(단위)(Fd)는 현재 사용되지 않는다.^[5]

3. 다른 상수와의 관계

''F'' = ''N_Ae''

여기서, ''N_A''는 아보가드로 수, ''e''는 기본 전하량을 의미한다.

기본 전하량과 아보가드로 수의 곱과 같다. 2019년 5월 이후의 국제단위계(SI) 정의에서는 기본 전하량과 아보가드로 수 모두 정확한 값을 갖는 정의값이므로, 패러데이 상수는 정확히 96485.3321233100184 C/mol이다.^[5] 국제과학기술데이터위원회(CODATA)(2018년)에서 제시하는 값은 위의 값을 유효숫자 10자리로 한 ''F'' = N_A''e'' = 96485.33212... C/mol이다.^[5]

때때로 "전자 1몰당 전하량"으로 설명되는 경우가 있지만, 패러데이(단위)(Fd)를 사용하면 패러데이 상수는 엄밀히 ''F'' = 1 Fd/mol이 된다. 단, 패러데이(단위)는 현재 사용되지 않는다.

3. 1. SI 단위계에서의 정의

기본 전하량과 아보가드로 수의 곱과 같다. 2019년 5월 이후의 국제단위계(SI) 정의에서는 기본 전하량과 아보가드로 수 모두 정확한 값을 갖는 정의값이므로, 패러데이 상수는 정확히 96485.3321233100184 C/mol이다.^[5] 국제과학기술데이터위원회(CODATA)(2018년)에서 제시하는 값은 위의 값을 유효숫자 10자리로 한 ''F'' = N_A''e'' = 96485.33212... C/mol이다.^[5]

때때로 "전자 1몰당 전하량"으로 설명되는 경우가 있지만, 패러데이(단위)(Fd)를 사용하면 패러데이 상수는 엄밀히 ''F'' = 1 Fd/mol이 된다. 단, 패러데이(단위)는 현재 사용되지 않는다.

4. 유도

패러데이 상수는 화학에서 사용하는 몰(mole)과 물리학 및 실제 전기 측정에서 사용하는 쿨롱(coulomb) 사이의 변환 계수로 생각할 수 있으며, 따라서 전기화학에서 특히 유용하다. 몰당 정확히 ''N''_A = 6.02214076 × 10²³개의 입자가 존재하며,^[1] 쿨롱당 정확히 1/''e'' = 10¹⁹/1.602176634개의 기본 전하가 존재하므로,^[1] 패러데이 상수는 이 두 양의 비율로 주어진다.

: ''F'' = ''N''_A / (1/''e'') = 9.64853321233100184 × 10⁴ C·mol⁻¹

패러데이 상수의 일반적인 용도 중 하나는 전기분해 계산이다. 시간에 따른 전류의 적분값인 전하량을 패러데이 상수로 나누어 전기분해된 물질의 화학량(몰 단위)을 구할 수 있다.

''F''의 값은 1800년대에 전기화학 반응에서 침착된 은의 양을 측정된 전류를 일정 시간 동안 통과시켜 측정하고 패러데이 전기분해 법칙을 사용하여 처음으로 결정되었다.^[2] 1970년경까지 패러데이 상수의 가장 신뢰할 수 있는 값은 과염소산에서 은 금속을 전기적으로 용해하는 관련 방법으로 결정되었다.^[3]

5. 역사

6. 응용

6. 1. 에너지와의 관계

전하(전기량)의 단위인 쿨롱이 J/V의 단위를 갖는다는 것에서 알 수 있듯이, 패러데이 상수는 (J/mol)/V의 단위를 갖는다. 즉, 패러데이 상수는 전압(전위차)과 에너지의 변환 계수이기도 하다. 실제로는, 깁스 에너지 변화

\Delta G

와

:

\Delta G=ZF\Delta E

의 관계가 있다. 이것은 전하

Z

를 갖는 입자 1몰을 전위차

\Delta E

의 위치로 이동하는 데 필요한 일(에너지)에 해당한다.

7. 기타 단위

패러데이 상수와 관련된 단위로 "패러데이(faraday)"가 있는데, 이는 전하의 단위이다. 쿨롱에 비해 사용 빈도는 훨씬 낮지만, 전기화학에서는 때때로 사용된다.^[4] 1 패러데이의 전하는 1몰의 기본 전하 (또는 -1몰의 전자)의 전하량과 같으며, 96485.3321233 C 이다.

반대로, 패러데이 상수 ''F''는 몰당 1 패러데이와 같다.

패러데이는 패럿(farad)과 혼동해서는 안 되는데, 패럿은 전기 용량의 단위로 서로 관련이 없다 (1 패럿 = 1 쿨롱 / 1 볼트).

기타 단위는 다음과 같다.

96.485 kJ/V·g-equiv
23.061 kcal/V·g-equiv
26.801 A·h/mol

참조

_[1] 서적 The International System of Units (SI) https://www.nist.gov[...] National Institute of Standards and Technology
_[2] 웹사이트 NIST Introduction to physical constants http://physics.nist.[...]
_[3] 논문 Status of the Faraday constant as an analytical standard
_[4] 서적 Foundations of Physics, Volume 2 https://books.google[...]
_[5] 문서 CODATA Value

본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com