Legile lui Faraday în chimie și fizică - o scurtă explicație în cuvinte simple
Povestea descoperirii
Legea lui Faraday în electrodinamică a fost descoperită de doi oameni de știință: Michael Faraday și Joseph Henry, dar Faraday a publicat rezultatele lucrărilor sale mai devreme - în 1831.
În experimentele sale demonstrative din august 1831, a folosit un tors de fier, pe capetele opuse căruia s-a înfășurat un fir (un fir pe parte). El a furnizat energie la capetele unui prim fir de la o baterie galvanică și a conectat un galvanometru la bornele celui de-al doilea. Designul a fost similar cu un transformator modern. Pornind periodic și oprit tensiunea pe primul fir, a observat creșteri ale galvanometrului.
Un galvanometru este un instrument extrem de sensibil pentru măsurarea rezistenței curenților mici.
Astfel, s-a reprezentat influența câmpului magnetic generat de fluxul de curent în primul fir pe starea celui de-al doilea conductor. Acest efect a fost transmis de la primul la al doilea prin miez - un tors metalic. În urma cercetărilor, a fost descoperită și influența unui magnet permanent, care se mișcă în bobină, asupra înfășurării sale.
Atunci Faraday a explicat fenomenul inducției electromagnetice în ceea ce privește liniile de forță. O alta a fost instalarea pentru generarea curentului direct: un disc de cupru rotit lângă magnet, iar sârma care alunecă de-a lungul acestuia era un colector de curent. Această invenție se numește discul lui Faraday.
Oamenii de știință din acea perioadă nu au recunoscut ideile lui Faraday, dar Maxwell a luat cercetările pe baza teoriei sale magnetice. În 1836, Michael Faraday a stabilit relații pentru procesele electrochimice, care au fost numite Legile electrolizei Faraday. Primul descrie raporturile dintre masa substanței alocate pe electrod și curentul curgător, iar al doilea descrie raporturile din masa substanței în soluție și masa substanței izolate pe electrod pentru o anumită cantitate de electricitate.
Electrodinamică
Primele lucrări sunt utilizate în fizică, în special în descrierea funcționării mașinilor și aparatelor electrice (transformatoare, motoare etc.). Legea lui Faraday prevede:
Pentru circuit, EMF-ul indus este direct proporțional cu mărimea vitezei fluxului magnetic, care se deplasează prin acest circuit cu un semn minus.
Acest lucru poate fi spus în cuvinte simple: cu cât fluxul magnetic se deplasează mai rapid prin circuit, cu atât emf este mai generat la terminalele sale.
Formula este următoarea:
Aici dF este fluxul magnetic, iar dt este unitatea de timp. Se știe că prima derivată este viteza.Adică viteza fluxului magnetic în acest caz particular. Apropo, se poate mișca, ca o sursă a unui câmp magnetic (o bobină cu curent - un electromagnet sau un magnet permanent) și un circuit.
Aici, debitul poate fi exprimat prin următoarea formulă:
B este câmpul magnetic, iar dS este suprafața.
Dacă luăm în considerare o bobină cu viraje înfundate strâns, în timp ce la numărul de viraj N, atunci legea Faraday este următoarea:
Fluxul magnetic într-o formulă de o revoluție, măsurat în Weber. Curentul care curge în circuit se numește inducție.
Inducția electromagnetică este un fenomen al fluxului de curent într-un circuit închis sub influența unui câmp magnetic extern.
În formulele de mai sus, puteți observa semnele modulului, fără ele are un aspect ușor diferit, cum s-a spus în prima formulare, cu un semn minus.
Semnul minus explică regula Lenz. Curentul care apare în circuit creează un câmp magnetic, este direcționat invers. Aceasta este o consecință a legii conservării energiei.
Direcția curentului de inducție poate fi determinată de regula mâinii drepte sau burghiu, am examinat-o pe site-ul nostru în detaliu.
După cum am menționat deja, datorită fenomenului de inducție electromagnetică, funcționează mașini electrice, transformatoare, generatoare și motoare. Ilustrația arată fluxul de curent în înfășurarea armăturii sub influența câmpului magnetic al statorului. În cazul generatorului, atunci când rotorul se rotește prin forțe externe, în înfășurările rotorului apare un EMF, curentul generează un câmp magnetic direcționat în direcția opusă (același semn minus în formulă). Cu cât este mai mare curentul consumat de sarcina generatorului, cu atât câmpul magnetic este mai mare și cu atât este mai dificil rotirea acestuia.
Și invers - când curentul curge în rotor, apare un câmp care interacționează cu câmpul statorului și rotorul începe să se rotească. Cu o sarcină pe ax, curentul în stator și în rotor crește și este necesar să se asigure comutarea înfășurărilor, dar acesta este un alt subiect legat de amenajarea mașinilor electrice.
În centrul funcționării transformatorului, sursa fluxului magnetic în mișcare este un câmp magnetic alternativ provenit din fluxul de curent alternativ în înfășurarea primară.
Dacă doriți să studiați problema mai detaliat, vă recomandăm să vizionați un videoclip pe care Legea Faraday pentru inducție electromagnetică este descrisă ușor și ușor:
Electroliză
Pe lângă cercetările privind EMF și inducția electromagnetică, omul de știință a făcut descoperiri mari în alte discipline, inclusiv chimia.
Când curentul curge prin electrolit, ionii (pozitivi și negativi) încep să se năpustească către electrozi. Mișcare negativă către anod, pozitivă pentru catod. În același timp, o anumită masă a substanței conținute în electrolit este eliberată pe unul dintre electrozi.
Faraday a efectuat experimente, trecând un curent diferit prin electrolit și măsurând masa substanței depozitate pe electrozi, a dedus modelele.
m = k * Q
m este masa substanței, q este sarcina și k depinde de compoziția electrolitului.
O taxă poate fi exprimată în termeni de curent pe o perioadă de timp:
I = q / tapoi q = i * t
Acum puteți determina masa substanței care va fi eliberată, știind curentul și timpul în care a trecut. Aceasta se numește Prima Lege a Electrolizei Faraday.
A doua lege:
Masa elementului chimic care se așează pe electrod este direct proporțională cu masa echivalentă a elementului (masa molară divizată la un număr care depinde de reacția chimică în care este implicată substanța).
Pe baza celor de mai sus, aceste legi sunt combinate în formula:
m este masa substanței care a fost eliberată în grame, n este numărul electronilor transferați în procesul electrodului, F = 986485 C / mol este numărul Faraday, t este timpul în secunde, M este masa molară a substanței g / mol.
În realitate, din diverse motive, masa substanței eliberate este mai mică decât cea calculată (atunci când se calculează debitul curent). Raportul maselor teoretice și reale se numește eficiență curentă:
BT = 100% * mcalcul/ mteor
Și în sfârșit, vă recomandăm să consultați o explicație detaliată a legii Faraday pentru electroliză:
Legile lui Faraday au adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea științei moderne, datorită activității sale avem motoare electrice și generatoare de energie electrică (precum și munca urmașilor săi). Munca EMF și fenomenele de inducție electromagnetică ne-au oferit cele mai multe echipamente electrice moderne, inclusiv difuzoare și microfoane, fără de care este imposibil să ascultăm înregistrări și comunicare vocală. Procesele de electroliză sunt utilizate în metoda galvanică a materialelor de acoperire, care are atât valoare decorativă cât și valoare practică.
Materiale similare:
Se încarcă...
