電気化学 参照極とGNDの違い

こんにちは、
参照極とGNDについてお聞きします。
GNDは電気工学の参考書によれば、回路のあらゆる電圧の基準とするために地球の地面がもつ電位をOVとして設定したものとありました。GNDの電位というのは常に一定なのでしょうか？ ある参照極でGNDを測定すると常に一定の電位vs.参照極 となりますでしょうか？ それならば、GNDを電気化学でも参照極として使えばいいということになってしまいますが、このあたりがこんがらがっております。

No.2 ベストアンサー 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/03/15 14:07

やり方によってはＧＮＤをある標準として使うことは出来るでしょう。

ただし、溶液とＧＮＤをどうやってつなぐのか、という問題が起こるでしょう。なぜならもし金属をＧＮＤ極として使うと、金属と溶液の間の半電池の電圧がＧＮＤとの電位に加わってくるからです。
例えばこれを避けようとして白金、金などの極をＧＮＤにつなぐことは考えられます。
ただ、存在する全ての溶液中においてＧＮＤ極が「標準電位」を表すという「担保・保証」はどこにも無いのです。
ある意味ＧＮＤを標準として用いるということは系を解法系にするという意味にもなります。
通常の電極平衡は閉鎖系です(ガスの発生・吸収がある場合「圧力」を用いて閉鎖を補います)
ですので、開放系である電気分解・電析などの場合意味がまた違って来ます。
私自身でも、充分ＧＮＤを酸化還元系に持ち込む意味は分っていないと思います。

この回答への補足

doc_sunday様、回答ありがとう御座います。再度のお伺いとなりますが、以下の疑問にお答え頂けないでしょうか。

※No.1の方の補足を貼り付けとなりまして、申し訳ございませんが、宜しくお願いします。なんとかGNDの意味をしっかりと学びたいと思っています。

ある不変な基準（例えばSHE）を定めたとして、GNDの電位というのは常に一定となるものでしょうか。これはすなわち大地のエネルギー準位は常に一定かという疑問になりますが、どうでしょうか。というのも電気工学で次のような疑問がわいたからです。
■ある二極があって、片方（A極とします）を適当な外部電源の作用極に、もう片方（B極）をGNDにつなぎます。そして、
1) ＋1Vを印加
2) -1Vを印加
この際に、絶対的な基準(例えば参照極）でそれぞれの電位を測定できたとして、1)と2)の行為の違いは、純粋にA極の電位が±1V上下していると言えるでしょうか。しかし、GNDが常に一定の電位をとるわけではないとすると、GNDが上下することも考えられます。電気工学ではGNDはとにかく0としてすべて考えているので、この疑問が解消されません。GNDは動くのか、動かないのか。どうでしょうか。
宜しくお願いします。

補足日時：2008/03/16 02:54

No.5 回答者： c80s3xxx 回答日時： 2008/03/17 13:11

> ある不変な基準（例えばSHE）を定めたとして、GNDの電位というのは常に一定となるものでしょうか。

これはすなわち大地のエネルギー準位は常に一定かという疑問になりますが、どうでしょうか。

逆に聞きますが，SHE の内部液とGND はどのようにつながっていますか？
同一の溶液に二極が刺されば電位差が測定できますね．2本のSHEがあったとして，内部液がつながっていなければ，そもそも電位差に物理的意味がありません．
大地，というのは，一種の電解液です．
そこにアース棒を挿すということは電解液に金属棒を挿したことになります．
SHEの内部液と電解液は，適当な塩橋なりを介せば，液間電位差を無視して接続することはできるでしょう．しかし，アース棒の電位は？これは何で決まりますか？

ちなみに，一般的なポテンショスタットは，作用極と制御回路上のGND電位が同電位になるように動作します．なぜこうなっているかも考えてみる価値はあるでしょう．

No.4 回答者： usokoku 回答日時： 2008/03/16 19:45

質問の雰囲気から、ポテンシオスタットかガルバノ(機械)を使っている時の

「参照極」と「GND」
という配線について、と解釈して答えます。

機械では、少なくとも2つのGNDがあるはずです。
シャーシーグラント(シャーシーGND)とシグナルグランドと、場合によると参照極等の配線を包んでいるグラント(シグナルグランドの一種)や外部出力にアナログ配線があるとこのアナログ配線のグラントがありますし、デジタル配線でRS-232Cを使っていれば、ここにもデジタル系配線用シャーシーGNDとシグナルグランドがあります。

＞NDの電位というのは常に一定なのでしょうか？
配線の種類によって変化します。また「電位」と考えると意味がないGND配線(外部出力関係、すべてのシャーシーグランド)があります。

＞ある参照極でGNDを測定すると常に一定の電位vs.参照極 となりますでしょうか？
なりません。

GNDの場合にどこかの配線と対になって使われているので、どれと使われているかが変わらないと答えようがありません。アイソ(アイソレート、絶縁)と関係しているので、どのアイソに使われているグランドかわからないと答え様がないのです。

No.3 回答者： nta 回答日時： 2008/03/16 14:09

No1です。

　電気工学でもGNDと接地(アース）の意味は違います。電子回路でGNDをアースに接続するとアース端子を通して流れ込んでくる雑音の影響を受けます。接地（アース）は地面に金属板や金属棒を埋め込んでで長いアース線を引きまわします。これはかなり大きい構造物なのでアンテナのように低い周波数の電磁波まで拾う働きをします。つまり、交流的には０Vとはいえないというのが接地の特性です。
　ご質問の二極の効果についても境界となる容器の電位をどのように処理しているのか、内部の粒子や電力流の変化を含めて、十分に考察しなければならない内容なので、一概にいえません。プラズマのように周辺はすべて中性になるのであれば境界の影響を受けませんが、放電を含むものはそうはいきません。

No.1 回答者： nta 回答日時： 2008/03/15 12:58

　電圧を測定するためには基準が必要であり、その基準を大地に求めたものがアースです。

これを測定機器の参照極として使えるかどうかは実験機器の構成や実験の目的によります。金属製の容器内に満たされた連続媒質で生じる現象を容器壁を基準として測定するのであれば容器をそのままアース（GND)につないで、これを基準とすることができますが、容器内の一部に発生する現象を測定するとなると容器とは独立した電極が必要になり、特殊な形の参照電極を必要とします。また、外部からのパワー注入があると参照電極と作用電極は容器壁に対して同時に電位を変化させるので、そういった擾乱を緩和するためにも参照電極をGNDから浮かせておく必要がある場合もあります。

この回答への補足

nta様、回答ありがとう御座います。どうでしょうか。ある不変な基準（例えばSHE）を定めたとして、GNDの電位というのは常に一定となるものでしょうか。これはすなわち大地のエネルギー準位は常に一定かという疑問になりますが、どうでしょうか。というのも電気工学で次のような疑問がわいたからです。
■ある二極があって、片方（A極とします）を適当な外部電源の作用極に、もう片方（B極）をGNDにつなぎます。そして、
1) ＋1Vを印加
2) -1Vを印加
この際に、絶対的な基準(例えば参照極）でそれぞれの電位を測定できたとして、1)と2)の行為の違いは、純粋にA極の電位が±1V上下していると言えるでしょうか。しかし、GNDが常に一定の電位をとるわけではないとすると、GNDが上下することも考えられます。電気工学ではGNDはとにかく0としてすべて考えているので、この疑問が解消されません。GNDは動くのか、動かないのか。どうでしょうか。
宜しくお願いします。

補足日時：2008/03/16 02:53