Faraday likumi ķīmijā un fizikā - īss skaidrojums vienkāršos vārdos
Atklāšanas stāsts
Faraday likumu elektrodinamikā atklāja divi zinātnieki: Maikls Faradejs un Džozefs Henrijs, bet Faraday sava darba rezultātus publicēja agrāk - 1831. gadā.
Demonstrācijas eksperimentos 1831. gada augustā viņš izmantoja dzelzs toru, kura pretējos galos tika ievilkts vads (pa vienai vadam katrā pusē). Viņš piegādāja strāvu viena pirmā vada galiem no galvaniskā akumulatora un savienoja galvanometru ar otrā galiem. Dizains bija līdzīgs mūsdienu transformatoram. Periodiski ieslēdzot un izslēdzot pirmā stieples spriegumu, viņš novēroja galvanometra pieaugumu.
Galvanometrs ir ļoti jutīgs instruments mazu straumju stiprības mērīšanai.
Tādējādi tika attēlota magnētiskā lauka ietekme, ko pirmajā vadā radītā strāvas plūsma rada otrā vadītāja stāvoklī. Šis efekts tika pārraidīts no pirmā uz otro caur serdi - metāla toru. Pētījuma rezultātā tika atklāta arī pastāvīgā magnēta, kurš pārvietojas spolē, ietekme uz tā tinumu.
Tad Faraday izskaidroja elektromagnētiskās indukcijas parādību spēka līniju izteiksmē. Vēl viena bija līdzstrāvas ģenerēšanas iekārta: vara disks, kas pagriezts netālu no magnēta, un vads, kas slīd gar to, bija strāvas kolektors. Šo izgudrojumu sauc par Faraday disku.
Tā perioda zinātnieki neatzina Faraday idejas, bet Maksvels veica pētījumu savas magnētiskās teorijas pamatā. 1836. gadā Maikls Faradejs nodibināja sakarus elektroķīmiskajiem procesiem, kurus sauca par Faradeja elektrolīzes likumiem. Pirmais apraksta uz elektrodu pielietotās vielas masas un plūstošās strāvas attiecības, bet otrais apraksta šķīdumā esošās vielas masas un strāvas, kas piešķirta elektrodam noteiktam elektrības daudzumam, attiecības.
Elektrodinamika
Pirmie darbi tiek izmantoti fizikā, īpaši elektrisko mašīnu un aparātu (transformatoru, motoru utt.) Darbības aprakstīšanā. Faraday likums nosaka:
Ķēdei ierosinātais EML ir tieši proporcionāls magnētiskās plūsmas ātruma lielumam, kas pārvietojas pa šo ķēdi ar mīnusa zīmi.
To var pateikt vienkāršos vārdos: jo ātrāk magnētiskā plūsma pārvietojas pa ķēdi, jo vairāk emf tiek ģenerēts tā spailēs.
Formula ir šāda:
Šeit dF ir magnētiskā plūsma, un dt ir laika vienība. Ir zināms, ka pirmo reizi atvasinājums ir ātrums.Tas ir, magnētiskās plūsmas kustības ātrums šajā konkrētajā gadījumā. Starp citu, tas var kustēties tāpat kā magnētiskā lauka avots (spole ar strāvu - elektromagnēts vai pastāvīgais magnēts) un ķēde.
Šeit plūsmu var izteikt ar šādu formulu:
B ir magnētiskais lauks, un dS ir virsmas laukums.
Ja mēs uzskatām spoli ar cieši brūcētiem pagriezieniem, savukārt pagriezienu skaitā N, tad Faradejas likums ir šāds:
Magnētiskā plūsma vienas apgriezienu formulā, mērīta Vēberā. Ķēdē plūstošo strāvu sauc par indukciju.
Elektromagnētiskā indukcija ir strāvas plūsmas parādība slēgtā ķēdē ārēja magnētiskā lauka ietekmē.
Iepriekšminētajās formulās jūs varētu pamanīt moduļa zīmes, bez tām tai ir nedaudz atšķirīgs izskats, kā tika teikts pirmajā formulējumā, ar mīnusa zīmi.
Mīnusa zīme izskaidro Lenca likumu. Strāva, kas rodas ķēdē, rada magnētisko lauku, tas ir vērsts pretēji. Tās ir enerģijas taupīšanas likuma sekas.
Indukcijas strāvas virzienu var noteikt ar labās rokas likumu vai ritenis, mēs to detalizēti pārbaudījām mūsu vietnē.
Kā jau minēts, elektromagnētiskās indukcijas parādības dēļ strādā elektriskās mašīnas, transformatori, ģeneratori un motori. Ilustrācija parāda strāvas plūsmu armatūras tinumā statora magnētiskā lauka ietekmē. Ģeneratora gadījumā, kad rotoru rotē ar ārējiem spēkiem, rotora tinumos parādās EML, strāva ģenerē pretējā virzienā vērstu magnētisko lauku (formula vienā un tajā pašā mīnusa zīmē). Jo lielāku strāvu patērē ģeneratora slodze, jo lielāks ir magnētiskais lauks un jo grūtāka ir tā rotācija.
Un otrādi - kad rotorā plūst strāva, parādās lauks, kas mijiedarbojas ar statora lauku, un rotors sāk griezties. Ar slodzi uz vārpstu palielinās strāva statorā un rotorā, vienlaikus nodrošinot tinumu pārslēgšanu, taču šī ir vēl viena tēma, kas saistīta ar elektrisko mašīnu uzbūvi.
Transformatora darbības centrā kustīgās magnētiskās plūsmas avots ir mainīgs magnētiskais lauks, kas rodas no maiņstrāvas plūsmas primārajā tinumā.
Ja vēlaties izpētīt šo jautājumu sīkāk, mēs iesakām noskatīties video, kurā viegli un viegli aprakstīts Faraday likums par elektromagnētisko indukciju:
Elektrolīze
Papildus pētījumiem par EML un elektromagnētisko indukciju zinātnieks veica lielus atklājumus citās disciplīnās, ieskaitot ķīmiju.
Kad caur elektrolītu plūst strāva, joni (pozitīvie un negatīvie) sāk plūst uz elektrodiem. Negatīvs pāreja uz anodu, pozitīvs uz katodu. Tajā pašā laikā uz kāda no elektrodiem izdalās noteikta masa elektrolītā esošās vielas.
Faraday veica eksperimentus, izlaižot atšķirīgu strāvu caur elektrolītu un izmērot uz elektrodiem nogulsnētās vielas masu, izsecināja modeļus.
m = k * Q
m ir vielas masa, q ir lādiņš, un k ir atkarīgs no elektrolīta sastāva.
Maksu var izteikt kā strāvu noteiktā laika posmā:
I = q / ttad q = i * t
Tagad jūs varat noteikt izdalītās vielas masu, zinot pašreizējo un laiku, kad tā plūda. To sauc par Faraday elektrolīzes pirmo likumu.
Otrais likums:
Ķīmiskā elementa masa, kas nosēžas uz elektrodu, ir tieši proporcionāla elementa ekvivalentajai masai (molārā masa dalīta ar skaitli, kas atkarīgs no ķīmiskās reakcijas, kurā viela ir iesaistīta).
Balstoties uz iepriekš minēto, šie likumi tiek apvienoti formulā:
m ir izdalītās vielas masa gramos, n ir nodoto elektronu skaits elektrodu procesā, F = 986485 C / mol ir Faraday skaitlis, t ir laiks sekundēs, M ir vielas molārā masa g / mol.
Patiesībā dažādu iemeslu dēļ izdalītās vielas masa ir mazāka par aprēķināto (aprēķinot pašreizējo plūsmu). Teorētisko un reālo masu attiecību sauc par strāvas efektivitāti:
Bt = 100% * maprēķins/ mteorija
Visbeidzot, mēs iesakām izskatīt detalizētu Faraday likuma elektrolīzes likuma skaidrojumu:
Faraday likumi deva nozīmīgu ieguldījumu mūsdienu zinātnes attīstībā, pateicoties viņa darbam, mums ir elektromotori un elektroenerģijas ģeneratori (kā arī viņa sekotāju darbs). EML darbs un elektromagnētiskās indukcijas parādības deva mums lielāko daļu mūsdienu elektroiekārtu, ieskaitot skaļruņus un mikrofonus, bez kuriem nav iespējams klausīties ierakstus un balss sakarus. Materiālu pārklāšanas galvaniskajā metodē tiek izmantoti elektrolīzes procesi, kuriem ir gan dekoratīva, gan praktiska vērtība.
Līdzīgi materiāli:
Notiek ielāde ...
