Faradays love i kemi og fysik - en kort forklaring i enkle ord
Opdagelseshistorie
Faradays lov om elektrodynamik blev opdaget af to videnskabsfolk: Michael Faraday og Joseph Henry, men Faraday offentliggjorde resultaterne af sit arbejde tidligere - i 1831.
I sine demonstrationseksperimenter i august 1831 brugte han en jerntorus, på hvilke de modsatte ender blev viklet (en ledning pr. Side). Han leverede strøm til enderne af den første ledning fra et galvanisk batteri og tilsluttede et galvanometer til terminalerne på den anden. Designet lignede en moderne transformer. Periodisk at tænde og slukke spændingen på den første ledning, observerede han bølger på galvanometeret.
Et galvanometer er et meget følsomt instrument til måling af styrken i små strømme.
Således blev påvirkningen af det magnetiske felt genereret af strømmen af strøm i den første ledning på tilstanden af den anden leder vist. Denne effekt blev overført fra den første til den anden gennem kernen - en metal torus. Som et resultat af forskning blev der også fundet indflydelse fra en permanent magnet, der bevæger sig i spolen, på dens vikling.
Derefter forklarede Faraday fænomenet elektromagnetisk induktion med hensyn til kraftlinjer. En anden var installationen til generering af jævnstrøm: en kobberskive roterede i nærheden af magneten, og ledningen, der gled langs den, var en strømopsamler. Denne opfindelse kaldes Faradays disk.
Forskere fra denne periode genkendte ikke Faradays ideer, men Maxwell tog forskningen på grundlag af sin magnetiske teori. I 1836 etablerede Michael Faraday forhold til elektrokemiske processer, der blev kaldt lovene om elektrolyse af Faraday. Den første beskriver forholdet mellem massen af det stof, der er tildelt til elektroden og den flydende strøm, og den anden beskriver forholdet mellem massen af stoffet i opløsningen og den strøm, der er tildelt elektroden til en vis mængde elektricitet.
elektrodynamik
De første værker anvendes i fysik, specifikt i beskrivelsen af driften af elektriske maskiner og apparater (transformere, motorer osv.). Faradays lov hedder:
For kredsløbet er den inducerede EMF direkte proportional med størrelsen af hastigheden af magnetfluxen, der bevæger sig gennem dette kredsløb med et minustegn.
Dette kan siges med enkle ord: jo hurtigere den magnetiske flux bevæger sig gennem kredsløbet, desto mere genereres emk ved dens terminaler.
Formlen er som følger:
Her er dF den magnetiske flux, og dt er tidsenheden. Det er kendt, at den første gang derivat er hastighed.Det vil sige hastigheden af magnetfluxens bevægelse i dette særlige tilfælde. Forresten, kan det bevæge sig, som en kilde til et magnetfelt (en spole med en strøm - en elektromagnet eller en permanent magnet), og et kredsløb.
Her kan strømmen udtrykkes ved følgende formel:
B er magnetfeltet, og dS er overfladearealet.
Hvis vi overvejer en spole med tæt viklede svinger, mens i antallet af drejninger N, er Faraday-loven som følger:
Magnetisk flux i en en-revolution formel, målt i Weber. Strømmen i kredsløbet kaldes induktion.
Elektromagnetisk induktion er et fænomen med strømstrøm i et lukket kredsløb under påvirkning af et eksternt magnetfelt.
I ovennævnte formler kunne du bemærke modulets tegn, uden dem har det et lidt andet udseende, som det blev sagt i den første formulering, med et minustegn.
Minustegnet forklarer Lenz-reglen. Den strøm, der opstår i kredsløbet, skaber et magnetfelt, det er modsat. Dette er en konsekvens af loven om bevarelse af energi.
Retningen af induktionsstrømmen kan bestemmes ved hjælp af højre- eller regelreglen gimlet, vi undersøgte det på vores site i detaljer.
Som allerede nævnt fungerer elektriske maskiner, transformatorer, generatorer og motorer på grund af fænomenet elektromagnetisk induktion. Illustrationen viser strømmen af strøm i ankervindringen under påvirkning af statormagnetfeltet. Når det drejer sig om generatoren, når rotoren roterer med eksterne kræfter, vises en EMF i rotorviklingerne, genererer strømmen et magnetfelt rettet i den modsatte retning (det samme minustegn i formlen). Jo større strøm der forbruges af belastningen på generatoren, jo større er magnetfeltet, og desto vanskeligere er det at dreje det.
Og vice versa - når strøm flyder i rotoren, vises et felt, der interagerer med statorfeltet, og rotoren begynder at rotere. Med en belastning på akslen stiger strømmen i statoren og i rotoren, og det er nødvendigt at sikre omskiftningen af viklingerne, men dette er et andet emne relateret til arrangementet af elektriske maskiner.
I hjertet af transformatorens drift er kilden til den bevægende magnetiske flux et vekslende magnetfelt, der stammer fra strømmen af vekselstrøm i den primære vikling.
Hvis du vil undersøge problemet mere detaljeret, anbefaler vi, at du ser en video, hvor Faraday-loven til elektromagnetisk induktion let og let beskrives:
elektrolyse
Foruden forskning på EMF og elektromagnetisk induktion gjorde forskeren store opdagelser inden for andre discipliner, herunder kemi.
Når strømmen strømmer gennem elektrolytten, begynder ioner (positive og negative) at skynde sig til elektroderne. Negativ flytning til anoden, positiv til katoden. Samtidig frigives en vis masse af stoffet indeholdt i elektrolytten på en af elektroderne.
Faraday udførte eksperimenter, hvor en anden strøm blev passeret gennem elektrolytten og måling af massen af det stof, der blev afsat på elektroderne, udledte mønstrene.
m = k * Q
m er stoffets masse, q er ladningen, og k er afhængig af sammensætningen af elektrolytten.
En afgift kan udtrykkes som strømstrøm over en periode:
I = q / tderefter q = i * t
Nu kan du bestemme massen af det stof, der frigøres, ved at kende strømmen og den tid, det flydede. Dette kaldes den første lov af Faraday Elektrolyse.
Den anden lov:
Massen af det kemiske element, der sætter sig på elektroden, er direkte proportional med den ækvivalente masse af elementet (molmasse divideret med et tal, der afhænger af den kemiske reaktion, hvor stoffet er involveret).
Baseret på det ovenstående kombineres disse love i formlen:
m er massen af det stof, der blev frigivet i gram, n er antallet af overførte elektroner i elektrode-processen, F = 986485 C / mol er Faraday-tallet, t er tiden i sekunder, M er molmassen for stoffet g / mol.
I virkeligheden er massen af det udsendte stof af forskellige grunde mindre end det beregnede (når man beregner den aktuelle strøm). Forholdet mellem teoretisk og reel masse kaldes strømeffektivitet:
Bt = 100% * mcalc/ mteor
Og endelig anbefaler vi, at du ser på en detaljeret forklaring af Faraday-loven for elektrolyse:
Lovene i Faraday gav et væsentligt bidrag til udviklingen af moderne videnskab, takket være hans arbejde har vi elektriske motorer og elektriske generatorer (såvel som hans tilhængers arbejde). EMF's arbejde og fænomenerne elektromagnetisk induktion gav os det meste af det moderne elektriske udstyr, inklusive højttalere og mikrofoner, uden hvilke det er umuligt at lytte til optagelser og stemmekommunikation. Elektrolyseprocesser anvendes i den galvaniske metode til belægning af materialer, som bærer både dekorativ værdi og praktisk værdi.
Lignende materialer:
Indlæser ...
