Mga Batas ni Faraday sa Chemistry at Physics - Isang Maikling Pagpapaliwanag sa Mga simpleng Salita
Kwento ng Pagtuklas
Ang batas ng Faraday sa electrodynamics ay natuklasan ng dalawang siyentipiko: sina Michael Faraday at Joseph Henry, ngunit inilathala ni Faraday ang mga resulta ng kanyang trabaho mas maaga - noong 1831.
Sa kanyang mga eksperimento sa pagpapakita noong Agosto 1831, gumamit siya ng isang torus na bakal, sa kabaligtaran na mga dulo kung saan ang isang wire ay nasugatan (isang kawad bawat panig). Nagbigay siya ng kapangyarihan sa mga dulo ng isang unang kawad mula sa isang bateryang galvanic, at nakakonekta ang isang galvanometer sa mga terminal ng pangalawa. Ang disenyo ay katulad ng isang modernong transpormer. Paminsan-minsang pag-on at i-off ang boltahe sa unang kawad, na-obserbahan niya ang mga surge sa galvanometer.
Ang isang galvanometer ay isang napaka-sensitibong instrumento para sa pagsukat ng lakas ng maliit na alon.
Kaya, ang impluwensya ng magnetic field na nabuo ng daloy ng kasalukuyang sa unang wire sa estado ng pangalawang conductor ay nailarawan. Ang epekto na ito ay ipinadala mula una hanggang sa pangalawa sa pamamagitan ng core - isang metal na torus. Bilang resulta ng pananaliksik, ang impluwensya ng isang permanenteng pang-akit, na gumagalaw sa likid, sa paikot-ikot na ito ay natuklasan din.
Pagkatapos ipinaliwanag ni Faraday ang kababalaghan ng electromagnetic induction sa mga tuntunin ng mga linya ng puwersa. Ang isa pang ay ang pag-install para sa pagbuo ng direktang kasalukuyang: isang tanso na disk na pinaikot malapit sa magnet, at ang wire na dumudulas kasama ito ay isang kasalukuyang kolektor. Ang imbensyon na ito ay tinatawag na disk ng Faraday.
Ang mga siyentipiko ng panahong iyon ay hindi kinikilala ang mga ideya ng Faraday, ngunit kinuha ni Maxwell ang pananaliksik para sa batayan ng kanyang teoryang magnetic. Noong 1836, itinatag ni Michael Faraday ang mga relasyon para sa mga proseso ng electrochemical, na tinawag na Mga Batas ng electrolysis ng Faraday. Inilarawan ng una ang mga ratios ng masa ng bagay na inilalaan sa elektrod at dumadaloy na kasalukuyang, at ang pangalawa ay naglalarawan ng mga ratio ng masa ng sangkap sa solusyon at ang masa ng kasalukuyang inilalaan sa elektrod para sa isang tiyak na halaga ng koryente.
Elektrodinamika
Ang mga unang gawa ay inilalapat sa pisika, partikular sa paglalarawan ng pagpapatakbo ng mga de-koryenteng makina at mga apparatus (mga transformer, motor, atbp.). Sinasabi ng Batas ng Faraday:
Para sa isang circuit, ang sapilitan na EMF ay direktang proporsyonal sa laki ng bilis ng magnetic flux, na gumagalaw sa pamamagitan ng circuit na ito na may isang minus sign.
Masasabi ito sa mga simpleng salita: ang mas mabilis na magnetic flux ay gumagalaw sa pamamagitan ng circuit, mas maraming emf ang nabuo sa mga terminal nito.
Ang pormula ay ang mga sumusunod:
Narito ang dF ay ang magnetic flux, at dt ang yunit ng oras. Ito ay kilala na ang unang pagkakataon na derivative ay ang bilis.Iyon ay, ang bilis ng paggalaw ng magnetic flux sa partikular na kaso na ito. Sa pamamagitan ng paraan, maaari itong ilipat, tulad ng isang mapagkukunan ng isang magnetic field (isang coil na may kasalukuyang - isang electromagnet, o isang permanenteng magneto), at isang circuit.
Dito, ang daloy ay maaaring ipahayag ng mga sumusunod na formula:
Ang B ay ang magnetic field, at ang dS ang lugar ng ibabaw.
Kung isasaalang-alang namin ang isang likid na may mahigpit na sugat na lumiliko, habang sa bilang ng mga pagliko N, kung gayon ang batas ng Faraday ay ang mga sumusunod:
Magnetic flux sa isang one-rebolusyon na formula, na sinusukat sa Weber. Ang kasalukuyang dumadaloy sa circuit ay tinatawag na induction.
Ang electromagnetic induction ay isang kababalaghan ng kasalukuyang daloy sa isang saradong circuit sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na magnetic field.
Sa mga pormula sa itaas, maaari mong mapansin ang mga palatandaan ng modyul, kung wala ang mga ito mayroon itong bahagyang magkakaibang hitsura, tulad ng sinabi sa unang pagbabalangkas, na may isang minus sign.
Ipinapaliwanag ng minus sign ang panuntunan ni Lenz. Ang kasalukuyang bumabangon sa circuit ay lumilikha ng isang magnetic field, nakadirekta ito sa kabaligtaran. Ito ay isang kinahinatnan ng batas ng pag-iingat ng enerhiya.
Ang direksyon ng kasalukuyang induction ay maaaring matukoy ng patakaran ng kanang kamay o gimlet, sinuri namin ito nang detalyado sa aming site.
Tulad ng nabanggit na, dahil sa kababalaghan ng electromagnetic induction, mga de-koryenteng makina, mga transformer, mga generator at motor. Ipinapakita ng ilustrasyon ang daloy ng kasalukuyang sa armature na paikot-ikot sa ilalim ng impluwensya ng patlang na stator magnetic. Sa kaso ng generator, kapag ang rotor ay umiikot sa pamamagitan ng mga panlabas na puwersa, isang EMF ay lumilitaw sa mga windings ng rotor, ang kasalukuyang bumubuo ng isang magnetic field na nakadirekta sa tapat (ang parehong minus sign sa formula). Mas malaki ang kasalukuyang natupok ng load ng generator, mas malaki ang magnetic field, at mas mahirap ang pag-ikot nito.
At kabaligtaran - kapag ang kasalukuyang daloy sa rotor, lumilitaw ang isang patlang na nakikipag-ugnay sa patlang ng stator at ang rotor ay nagsisimulang paikutin. Sa pamamagitan ng isang pag-load sa baras, ang kasalukuyang sa stator at sa rotor ay tumataas, at kinakailangan upang matiyak na ang paglipat ng mga paikot-ikot, ngunit ito ay isa pang paksa na nauugnay sa pag-aayos ng mga de-koryenteng makina.
Sa gitna ng operasyon ng transpormer, ang mapagkukunan ng paglipat ng magnetic flux ay isang alternating magnetic field na nagmula sa daloy ng alternating current sa pangunahing paikot-ikot.
Kung nais mong pag-aralan ang isyu nang mas detalyado, inirerekumenda namin ang panonood ng isang video kung saan ang Batas ng Faraday para sa indomasyong elektromagnetiko ay madali at madaling inilarawan:
Elektrolisis
Bilang karagdagan sa pananaliksik sa EMF at electromagnetic induction, ang siyentista ay gumawa ng mahusay na pagtuklas sa iba pang mga disiplina, kabilang ang kimika.
Kapag ang kasalukuyang daloy sa electrolyte, ang mga ion (positibo at negatibo) ay nagsisimulang magmadali sa mga electrodes. Ang negatibong paglipat sa anode, positibo sa katod. Kasabay nito, ang isang tiyak na masa ng sangkap na nilalaman sa electrolyte ay pinakawalan sa isa sa mga electrodes.
Nagsagawa ng mga eksperimento si Faraday, na dumaan sa ibang kasalukuyang sa pamamagitan ng electrolyte at pagsukat sa masa ng sangkap na idineposito sa mga electrodes, ibinaba ang mga pattern.
m = k * Q
m ay ang masa ng sangkap, q ang singil, at ang k ay nakasalalay sa komposisyon ng electrolyte.
Ang isang singil ay maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng kasalukuyang sa loob ng isang panahon:
Ako = q / tpagkatapos q = i * t
Ngayon ay maaari mong matukoy ang masa ng sangkap na ilalabas, alam ang kasalukuyang at oras na ito ay dumaloy. Tinatawag itong Unang Batas ng Faraday Electrolysis.
Ang pangalawang batas:
Ang masa ng elemento ng kemikal na nakasalalay sa elektrod ay direktang proporsyonal sa katumbas na masa ng elemento (molar mass na hinati ng isang bilang na nakasalalay sa reaksyon ng kemikal kung saan ang sangkap ay kasangkot).
Batay sa nabanggit, ang mga batas na ito ay pinagsama sa pormula:
m ay ang masa ng sangkap na pinakawalan sa gramo, n ay ang bilang ng mga inilipat na mga electron sa proseso ng elektrod, F = 986485 C / mol ay ang bilang ng Faraday, t ay oras sa ilang segundo, M ang molar mass ng sangkap g / mol.
Sa katotohanan, dahil sa iba't ibang mga kadahilanan, ang masa ng pinalabas na sangkap ay mas mababa sa kinakalkula ng isa (kapag kinakalkula ang kasalukuyang daloy). Ang ratio ng teoretikal at totoong masa ay tinatawag na kasalukuyang kahusayan:
Bt = 100% * mpagkalkula/ mtheor
At sa wakas, inirerekumenda naming tingnan ang isang detalyadong paliwanag ng batas ng Faraday para sa electrolysis:
Ang mga batas ng Faraday ay gumawa ng isang makabuluhang kontribusyon sa pag-unlad ng modernong agham, salamat sa kanyang trabaho mayroon kaming mga de-koryenteng motor at mga generator ng kuryente (pati na rin ang gawain ng kanyang mga tagasunod). Ang gawain ng EMF at ang mga phenomena ng electromagnetic induction ay nagbigay sa amin ng karamihan sa mga modernong kagamitan sa koryente, kabilang ang mga speaker at microphones, kung wala ito imposibleng makinig sa mga pag-record at komunikasyon sa boses. Ang mga proseso ng elektrolisis ay ginagamit sa galvanic na pamamaraan ng mga materyales na patong, na nagdadala ng parehong pandekorasyon na halaga at praktikal na halaga.
Katulad na mga materyales:
Naglo-load ...
