Faradays lover i kjemi og fysikk - en kort forklaring i enkle ord

For å beskrive prosessene i fysikk og kjemi, er det en rekke lover og relasjoner oppnådd eksperimentelt og beregningsmessig. Ikke en eneste studie kan utføres uten en foreløpig vurdering av prosesser ved teoretiske relasjoner. Lovene til Faraday er anvendt både i fysikk og i kjemi, og i denne artikkelen vil vi prøve å kort og tydelig fortelle om alle de berømte oppdagelsene til denne store forskeren.

Innhold:

Oppdagelseshistorie
elektro
elektrolyse

Oppdagelseshistorie

Faradays lov om elektrodynamikk ble oppdaget av to forskere: Michael Faraday og Joseph Henry, men Faraday publiserte resultatene av arbeidet hans tidligere - i 1831.

I sine demonstrasjonseksperimenter i august 1831 brukte han en jerntorus, i de motsatte ender hvorav en ledning ble viklet (en ledning per side). Han leverte strøm til endene av en første ledning fra et galvanisk batteri, og koblet et galvanometer til terminalene på den andre. Designet liknet en moderne transformator. Periodevis av og på spenningen på den første ledningen, observerte han bølger på galvanometeret.

Et galvanometer er et svært følsomt instrument for å måle styrken til små strømmer.

Dermed ble påvirkningen av magnetfeltet generert av strømmen av strøm i den første ledningen på tilstanden til den andre lederen skildret. Denne effekten ble overført fra den første til den andre gjennom kjernen - en metall torus. Som et resultat av forskning ble også påvirkningen av en permanent magnet, som beveger seg i spolen, på viklingen oppdaget.

Da forklarte Faraday fenomenet elektromagnetisk induksjon når det gjelder kraftlinjer. En annen var installasjonen for å generere likestrøm: en kobberskive roterte i nærheten av magneten, og ledningen som gled langs den var en strømkollektor. Denne oppfinnelsen kalles Faradays disk.

Forskere fra den perioden kjente ikke igjen Faradays ideer, men Maxwell tok forskningen til grunn for sin magnetiske teori. I 1836 etablerte Michael Faraday forhold for elektrokjemiske prosesser, som ble kalt lovene for elektrolyse av Faraday. Den første beskriver forholdet mellom massen til stoffet som er tildelt elektroden og strømningsstrømmen, og det andre beskriver forholdet mellom massen til stoffet i løsningen og strømmen som er tilordnet elektroden for en viss mengde elektrisitet.

elektro

De første verkene brukes i fysikk, spesielt i beskrivelsen av driften av elektriske maskiner og apparater (transformatorer, motorer, etc.). Faradays lov sier:

For kretsen er den induserte EMF direkte proporsjonal med størrelsen på hastigheten til magnetfluxen, som beveger seg gjennom denne kretsen med et minustegn.

Dette kan sies med enkle ord: jo raskere magnetfluxen beveger seg gjennom kretsløpet, desto mer genereres emk ved terminalene.

Formelen er som følger:

Her er dF magnetisk fluks, og dt er tidsenheten. Det er kjent at første gangs derivat er hastighet.Det vil si hastigheten på magnetfluksens bevegelse i dette tilfellet. Forresten, den kan bevege seg, som en kilde til et magnetfelt (en spole med en strøm - en elektromagnet, eller en permanent magnet), og en krets.

Her kan flyten uttrykkes ved følgende formel:

B er magnetfeltet, og dS er overflaten.

Hvis vi vurderer en spole med tett sårede svinger, mens i antall svinger N, er Faraday-loven som følger:

Magnetisk flux i en en-revolusjonsformel, målt i Weber. Strømmen som strømmer i kretsen kalles induksjon.

Elektromagnetisk induksjon er et fenomen med strømstrøm i en lukket krets under påvirkning av et eksternt magnetfelt.

I formlene over kan du legge merke til tegnene på modulen, uten at de har et litt annet utseende, som det ble sagt i den første formuleringen, med et minustegn.

Minustegnet forklarer Lenz-regelen. Strømmen som oppstår i kretsen skaper et magnetfelt, den er rettet motsatt. Dette er en konsekvens av loven om bevaring av energi.

Retningen på induksjonsstrømmen kan bestemmes av regelen til høyre eller gimlet, vi undersøkte det på nettstedet vårt i detalj.

Som allerede nevnt fungerer elektriske maskiner, transformatorer, generatorer og motorer på grunn av fenomenet elektromagnetisk induksjon. Illustrasjonen viser strømmen av strømmen i ankerviklingen under påvirkning av statormagnetfeltet. Når det gjelder generatoren, når rotoren roterer av ytre krefter, vises en EMF i rotorviklingene, genererer strømmen et magnetfelt rettet i motsatt retning (det samme minustegnet i formelen). Jo større strøm som forbrukes av belastningen på generatoren, jo større er magnetfeltet, og desto vanskeligere er rotasjonen.

Og omvendt - når strømmen strømmer i rotoren, vises det et felt som samspiller med statorfeltet, og rotoren begynner å rotere. Med en belastning på akselen øker strømmen i statoren og i rotoren, og det er nødvendig å sikre bytte av viklingene, men dette er et annet tema relatert til konstruksjon av elektriske maskiner.

I hjertet av transformatorens drift er kilden til den bevegelige magnetiske fluksen et vekslende magnetfelt som oppstår fra strømmen av vekselstrøm i primærviklingen.

Hvis du vil studere saken mer detaljert, anbefaler vi at du ser på en video som Faraday Law for electromagnetic induction lett og enkelt beskrives på:

elektrolyse

I tillegg til forskning på EMF og elektromagnetisk induksjon, gjorde forskeren store funn i andre fagområder, inkludert kjemi.

Når strøm strømmer gjennom elektrolytten, begynner ioner (positive og negative) å skynde seg til elektrodene. Negativ flytting til anoden, positiv til katoden. Samtidig frigjøres en viss masse av stoffet som er inneholdt i elektrolytten på en av elektrodene.

Faraday gjennomførte eksperimenter, førte en annen strøm gjennom elektrolytten og målte massen til stoffet som ble avsatt på elektrodene, avledet mønstrene.

m = k * Q

m er stoffets masse, q er ladningen, og k er avhengig av sammensetningen av elektrolytten.

En kostnad kan uttrykkes som gjeldende over en periode:

I = q / tderetter q = i * t

Nå kan du bestemme massen på stoffet som skal frigjøres, og vite strømmen og tiden det strømmet på. Dette kalles den første loven fra Faraday Electrolysis.

Den andre loven:

Massen til det kjemiske elementet som legger seg på elektroden er direkte proporsjonalt med den ekvivalente massen til elementet (molmasse delt med et tall som er avhengig av den kjemiske reaksjonen som stoffet er involvert).

Basert på det foregående, er disse lovene kombinert i formelen:

m er massen til stoffet som ble frigjort i gram, n er antall overførte elektroner i elektrodeprosessen, F = 986485 C / mol er Faraday-tallet, t er tid i sekunder, M er molmassen til stoffet g / mol.

I virkeligheten er massen av det frigjorte stoffet av forskjellige årsaker mindre enn det beregnede (når du beregner strømmen). Forholdet mellom teoretiske og reelle masser kalles strømeffektivitet:

B_t = 100% * m_beregningen/ m_teor

Og til slutt, anbefaler vi at du ser på en detaljert forklaring av Faraday-loven for elektrolyse:

Lovene i Faraday ga et betydelig bidrag til utviklingen av moderne vitenskap, takket være hans arbeid har vi elektriske motorer og elektriske kraftgeneratorer (så vel som arbeidet til hans tilhengere). Arbeidet med EMF og fenomenene elektromagnetisk induksjon ga oss det meste av det moderne elektriske utstyret, inkludert høyttalere og mikrofoner, uten hvilke det er umulig å høre på innspillinger og stemmekommunikasjon. Elektrolyseprosesser brukes i den galvaniske metoden for belegningsmaterialer, som har både dekorativ verdi og praktisk verdi.

Lignende materialer: