Faradayn kemian ja fysiikan lait - lyhyt selitys yksinkertaisissa sanoissa
Löytötarina
Kaksi tutkijaa havaitsi Faradayn lain sähköodynamiikassa: Michael Faraday ja Joseph Henry, mutta Faraday julkaisi työnsä tulokset aikaisemmin - vuonna 1831.
Elokuussa 1831 osoittamissa kokeiluissa hän käytti raudan torusta, jonka vastakkaisissa päissä lanka oli kääritty (yksi lanka per sivu). Hän toimitti virtaa yhden ensimmäisen johtimen päihin galvaanisesta akusta ja liitti galvanometrin toisen liittimiin. Suunnittelu oli samanlainen kuin moderni muuntaja. Kytkemällä ajoittain ensimmäisen jännitteen jännitteen päälle ja pois päältä hän havaitsi galvanometrin nousuja.
Galvanometri on erittäin herkkä instrumentti pienten virtojen lujuuden mittaamiseen.
Siten kuvattiin magneettikentän vaikutus, jonka ensimmäisen viiran virtausvirta generoi toisen johtimen tilaan. Tämä vaikutus siirrettiin ensimmäisestä toiseen ytimen - metallin toruksen - kautta. Tutkimuksen tuloksena havaittiin myös kelassa liikkuvan kestomagneetin vaikutus käämitykseen.
Sitten Faraday selitti sähkömagneettisen induktion ilmiötä voimalinjoilla. Toinen oli asennus tasavirran tuottamiseksi: Kuparilevy, jota pyöritettiin lähellä magneettia, ja sitä pitkin liukuva lanka oli virrankeräin. Tätä keksintöä kutsutaan Faradayn levyksi.
Tuon ajanjakson tutkijat eivät tunnistaneet Faradayn ideoita, mutta Maxwell otti tutkimuksen magneettisen teoriansa perustaksi. Vuonna 1836 Michael Faraday perusti suhteet sähkökemiallisiin prosesseihin, joita kutsuttiin Faradayn elektrolyysilakiksi. Ensimmäinen kuvaa elektrodille allokoidun aineen massan ja virtausvirran suhteita, ja toinen kuvaa liuoksessa olevan aineen massan ja elektrodista eristetyn aineen massan suhteita tietyn määrän sähköä varten.
electrodynamics
Ensimmäisiä töitä sovelletaan fysiikassa, erityisesti sähkökoneiden ja -laitteiden (muuntajat, moottorit jne.) Toiminnan kuvauksessa. Faradayn laissa todetaan:
Piiriä varten indusoitu EMF on suoraan verrannollinen magneettisen vuon nopeuden suuruuteen, joka liikkuu tämän piirin läpi miinusmerkillä.
Tämä voidaan sanoa yksinkertaisilla sanoilla: mitä nopeammin magneettinen virta kulkee piirin läpi, sitä enemmän emf syntyy sen liittimissä.
Kaava on seuraava:
Tässä dF on magneettinen vuo ja dt on aikayksikkö. Tiedetään, että ensimmäistä kertaa johdannainen on nopeus.Toisin sanoen magneettivuon liikkeen nopeus tässä nimenomaisessa tapauksessa. Muuten, se voi liikkua, kuten magneettikentän lähde (kela, jolla on virta - sähkömagneetti tai kestomagneetti), ja piiri.
Tässä virtaus voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:
B on magneettikenttä ja dS on pinta-ala.
Jos tarkastellaan käämiä, jolla on tiukasti haavoitetut kääntymät, kun taas kierrosten lukumäärä on N, niin Faradayn laki on seuraava:
Magneettinen vuoto yhden kierroksen kaavassa, mitattu Weberissä. Piirissä virtaavaa virtaa kutsutaan induktioksi.
Sähkömagneettinen induktio on virtavirta ilmiössä suljetussa piirissä ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta.
Yllä olevissa kaavoissa voit huomata moduulin merkit, ilman niitä se näyttää hiukan erilaiselta, kuten ensimmäisessä formulaatiossa sanottiin, miinusmerkillä.
Miinusmerkki selittää Lenzin säännön. Piirissä syntyvä virta luo magneettikentän, se on suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Tämä on seurausta energiansäästölaista.
Induktiovirran suunta voidaan määrittää oikeanpuoleisella kädellä tai näveri, tutkimme sitä sivustollamme yksityiskohtaisesti.
Kuten jo mainittiin, sähkökoneet, sähkömuuntajat, generaattorit ja moottorit toimivat sähkömagneettisen induktion ilmiön takia. Kuva näyttää virran virtauksen ankkurikäämityksessä staattorin magneettikentän vaikutuksesta. Generaattorin tapauksessa, kun roottori pyörii ulkoisten voimien avulla, roottorin käämiin ilmestyy EMF, virta synnyttää vastakkaiseen suuntaan suunnatun magneettikentän (kaavassa sama miinusmerkki). Mitä suurempi generaattorin kuorman kuluttama virta on, sitä suurempi on magneettikenttä ja sitä vaikeampi on sen kierto.
Ja päinvastoin - kun virta virtaa roottorissa, näkyviin tulee kenttä, joka on vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa ja roottori alkaa pyöriä. Kuormitettaessa akselia virta staattorissa ja roottorissa nousee, ja käämien kytkentä on varmistettava, mutta tämä on toinen aihe, joka liittyy sähkökoneiden rakentamiseen.
Muuntajan toiminnan ytimessä liikkuvan magneettisen vuon lähde on vaihtuva magneettikenttä, joka syntyy vaihtovirtavirrasta ensiökäämityksessä.
Jos haluat tutkia asiaa yksityiskohtaisemmin, suosittelemme katsomaan videota, jossa kuvataan helposti ja helposti Faradayn laki sähkömagneettisesta induktiosta:
elektrolyysin
EMF: ää ja sähkömagneettista induktiota koskevan tutkimuksen lisäksi tutkija teki suuria löytöjä muilla tieteenaloilla, mukaan lukien kemia.
Kun virta virtaa elektrolyytin läpi, ionit (positiiviset ja negatiiviset) alkavat ryntää elektrodeihin. Negatiivinen siirtyminen anodille, positiivinen katodille. Samanaikaisesti tietty elektrolyytin sisältämän aineen massa vapautuu yhdelle elektrodista.
Faraday suoritti kokeita, johtaen eri virran elektrolyytin läpi ja mittaamalla elektrodien päälle kerätyn aineen massan, päätteli kuviot.
m = k * Q
m on aineen massa, q on varaus ja k on riippuvainen elektrolyytin koostumuksesta.
Maksu voidaan ilmaista ajanjakson virran perusteella:
I = q / tsitten q = i * t
Nyt voit määrittää vapautuvan aineen massan, tietäen sen virran ja ajan, jonka aikana se virtaa. Tätä kutsutaan Faraday-elektrolyysin ensimmäiseksi lakiksi.
Toinen laki:
Elektrodille asettuneen kemiallisen elementin massa on suoraan verrannollinen elementin vastaavaan massaan (moolimassa jaettuna luvulla, joka riippuu kemiallisesta reaktiosta, johon aine osallistuu).
Edellä esitetyn perusteella nämä lait yhdistetään kaavaan:
m on vapautuneen aineen massa grammoina, n on siirrettyjen elektronien lukumäärä elektrodiprosessissa, F = 986485 C / mol on Faradayn luku, t on aika sekunneissa, M on aineen moolimassa g / mol.
Todellisuudessa eri syistä johtuen vapautuneen aineen massa on pienempi kuin laskettu (nykyistä virtausta laskettaessa). Teoreettisen ja todellisen massan välistä suhdetta kutsutaan virran hyötysuhteeksi:
BT = 100% * mlask/ mtheor
Ja lopuksi, suosittelemme, että tarkastelet yksityiskohtaista selitystä Faraday-laista elektrolyysiä varten:
Faradayn lait ovat vaikuttaneet merkittävästi modernin tieteen kehitykseen, hänen työnsä ansiosta meillä on sähkömoottoreita ja sähkögeneraattoreita (kuten myös hänen seuraajiensa työtä). EMF: n työ ja sähkömagneettisen induktion ilmiöt antoivat meille suurimman osan nykyaikaisista sähkölaitteista, mukaan lukien kaiuttimet ja mikrofonit, ilman joita on mahdotonta kuunnella nauhoituksia ja ääniviestintää. Elektrolyysiprosesseja käytetään galvaanisessa pinnoitusmenetelmässä, jolla on sekä koristearvo että käytännöllinen arvo.
Samanlaisia materiaaleja:
Ladataan ...
