Leis de Faraday em Química e Física - Uma Breve Explicação em Palavras Simples
História da descoberta
A lei de Faraday em eletrodinâmica foi descoberta por dois cientistas: Michael Faraday e Joseph Henry, mas Faraday publicou os resultados de seu trabalho anteriormente - em 1831.
Em suas experiências de demonstração em agosto de 1831, ele usou um toro de ferro, nas extremidades opostas das quais um fio foi enrolado (um fio por lado). Ele forneceu energia às extremidades de um primeiro fio a partir de uma bateria galvânica e conectou um galvanômetro aos terminais do segundo. O design era semelhante a um transformador moderno. Periodicamente, ligando e desligando a tensão no primeiro fio, ele observou picos no galvanômetro.
Um galvanômetro é um instrumento altamente sensível para medir a força de pequenas correntes.
Assim, foi representada a influência do campo magnético gerado pelo fluxo de corrente no primeiro fio no estado do segundo condutor. Este efeito foi transmitido do primeiro para o segundo através do núcleo - um toro metálico. Como resultado de pesquisas, também foi descoberta a influência de um ímã permanente, que se move na bobina, no enrolamento.
Então Faraday explicou o fenômeno da indução eletromagnética em termos de linhas de força. Outra foi a instalação para gerar corrente direta: um disco de cobre girou perto do ímã e o fio que deslizava ao longo dele era um coletor de corrente. Esta invenção é chamada de disco de Faraday.
Os cientistas daquele período não reconheceram as idéias de Faraday, mas Maxwell levou a pesquisa para a base de sua teoria magnética. Em 1836, Michael Faraday estabeleceu relações para processos eletroquímicos, que foram chamados de Leis da Eletrólise de Faraday. O primeiro descreve as proporções da massa da substância alocada no eletrodo e a corrente que flui, e o segundo descreve as proporções da massa da substância na solução e a corrente alocada ao eletrodo para uma certa quantidade de eletricidade.
Eletrodinâmica
Os primeiros trabalhos são utilizados na física, especificamente na descrição do funcionamento de máquinas e aparelhos elétricos (transformadores, motores, etc.). A lei de Faraday afirma:
Para o circuito, a EMF induzida é diretamente proporcional à magnitude da velocidade do fluxo magnético, que se move através deste circuito com um sinal de menos.
Isso pode ser dito em palavras simples: quanto mais rápido o fluxo magnético se move pelo circuito, mais ef é gerada em seus terminais.
A fórmula é a seguinte:
Aqui dF é o fluxo magnético e dt é a unidade de tempo. Sabe-se que a primeira derivada é a velocidade.Ou seja, a velocidade de movimento do fluxo magnético neste caso particular. A propósito, ele pode se mover, como uma fonte de um campo magnético (uma bobina com uma corrente - um eletroímã ou um ímã permanente) e um circuito.
Aqui, o fluxo pode ser expresso pela seguinte fórmula:
B é o campo magnético e dS é a área da superfície.
Se considerarmos uma bobina com voltas apertadas, enquanto no número de voltas N, a lei de Faraday é a seguinte:
Fluxo magnético em uma fórmula de uma revolução, medida em Weber. A corrente que flui no circuito é chamada indução.
A indução eletromagnética é um fenômeno do fluxo de corrente em um circuito fechado sob a influência de um campo magnético externo.
Nas fórmulas acima, você pode notar os sinais do módulo, sem eles eles têm uma aparência um pouco diferente, como foi dito na primeira formulação, com um sinal de menos.
O sinal de menos explica a regra de Lenz. A corrente que surge no circuito cria um campo magnético, é direcionada oposta. Isso é uma conseqüência da lei de conservação de energia.
A direção da corrente de indução pode ser determinada pela regra da mão direita ou verruma, o examinamos em nosso site em detalhes.
Como já mencionado, devido ao fenômeno de indução eletromagnética, funcionam máquinas elétricas, transformadores, geradores e motores. A ilustração mostra o fluxo de corrente no enrolamento da armadura sob a influência do campo magnético do estator. No caso do gerador, quando o rotor gira por forças externas, um EMF aparece nos enrolamentos do rotor, a corrente gera um campo magnético direcionado na direção oposta (o mesmo sinal de menos na fórmula). Quanto maior a corrente consumida pela carga do gerador, maior o campo magnético e mais difícil sua rotação.
E vice-versa - quando a corrente flui no rotor, aparece um campo que interage com o campo do estator e o rotor começa a girar. Com uma carga no eixo, a corrente no estator e no rotor aumenta e é necessário garantir a comutação dos enrolamentos, mas esse é outro tópico relacionado à construção de máquinas elétricas.
No centro da operação do transformador, a fonte do fluxo magnético em movimento é um campo magnético alternado que surge do fluxo de corrente alternada no enrolamento primário.
Se você deseja estudar a questão com mais detalhes, recomendamos assistir a um vídeo no qual a Lei de Faraday para indução eletromagnética é fácil e facilmente descrita:
Eletrólise
Além de pesquisas sobre CEM e indução eletromagnética, o cientista fez grandes descobertas em outras disciplinas, incluindo a química.
Quando a corrente flui através do eletrólito, íons (positivos e negativos) começam a correr para os eletrodos. Movimento negativo para o ânodo, positivo para o cátodo. Ao mesmo tempo, uma certa massa da substância contida no eletrólito é liberada em um dos eletrodos.
Faraday conduziu experimentos, passando uma corrente diferente pelo eletrólito e medindo a massa de matéria depositada nos eletrodos, deduziu os padrões.
m = k * Q
m é a massa da substância, q é a carga ek é dependente da composição do eletrólito.
Uma cobrança pode ser expressa em termos de corrente durante um período de tempo:
I = q / tentão q = i * t
Agora você pode determinar a massa da substância que será liberada, sabendo a corrente e o tempo em que ela fluiu. Isso é chamado de Primeira Lei da Eletrólise de Faraday.
A segunda lei:
A massa do elemento químico que se deposita no eletrodo é diretamente proporcional à massa equivalente do elemento (massa molar dividida por um número que depende da reação química na qual a substância está envolvida).
Com base no exposto, essas leis são combinadas na fórmula:
m é a massa da substância liberada em gramas, n é o número de elétrons transferidos no processo do eletrodo, F = 986485 C / mol é o número de Faraday, t é o tempo em segundos, M é a massa molar da substância g / mol.
Na realidade, devido a várias razões, a massa da substância liberada é menor que a calculada (ao calcular o fluxo atual). A proporção de massas teóricas e reais é chamada de eficiência atual:
Bt = 100% * mCálculo/ mteórico
E, finalmente, recomendamos que você analise uma explicação detalhada da lei de Faraday para eletrólise:
As leis de Faraday contribuíram significativamente para o desenvolvimento da ciência moderna, graças ao seu trabalho, temos motores elétricos e geradores de energia elétrica (bem como o trabalho de seus seguidores). O trabalho da EMF e os fenômenos da indução eletromagnética nos deram a maioria dos equipamentos elétricos modernos, incluindo alto-falantes e microfones, sem os quais é impossível ouvir gravações e comunicação por voz. Os processos de eletrólise são utilizados no método galvânico de materiais de revestimento, que carregam valor decorativo e valor prático.
Materiais similares:
Carregando...
