Untuk menggambarkan proses dalam fisika dan kimia, ada sejumlah hukum dan hubungan yang diperoleh secara eksperimental dan dengan perhitungan. Tidak ada studi tunggal yang dapat dilakukan tanpa penilaian awal dari proses dengan hubungan teoritis. Hukum Faraday diterapkan dalam fisika dan kimia, dan dalam artikel ini kami akan mencoba memberi tahu Anda secara singkat dan jelas tentang semua penemuan terkenal ilmuwan hebat ini.
Isi:
- Sejarah penemuan
- Elektrodinamika
- Elektrolisa
Sejarah penemuan
Hukum Faraday dalam elektrodinamika ditemukan oleh dua ilmuwan: Michael Faraday dan Joseph Henry, tetapi Faraday menerbitkan hasil karyanya lebih awal - pada tahun 1831.
Dalam percobaan demonstrasinya pada bulan Agustus 1831. dia menggunakan torus besi, di ujung yang berlawanan di mana kawat dililit (satu kawat per sisi). Dia memasok daya dari baterai galvanik ke ujung salah satu kabel pertama, dan menghubungkan galvanometer ke terminal kedua. Desainnya mirip dengan trafo modern. Menghidupkan dan mematikan tegangan pada kabel pertama secara berkala, ia mengamati semburan pada galvanometer.
Galvanometer adalah instrumen yang sangat sensitif untuk mengukur kekuatan arus kecil.
Dengan demikian, pengaruh medan magnet yang terbentuk sebagai akibat dari aliran arus pada kawat pertama pada keadaan konduktor kedua digambarkan. Dampak ini ditransmisikan dari yang pertama ke yang kedua melalui inti - torus logam. Sebagai hasil penelitian, ditemukan pula pengaruh magnet permanen yang bergerak dalam kumparan terhadap belitannya.
Kemudian Faraday menjelaskan fenomena induksi elektromagnetik dalam bentuk garis-garis gaya. Yang lain adalah perangkat untuk menghasilkan arus searah: piringan tembaga diputar di dekat magnet, dan kawat yang meluncur di sepanjang itu adalah pengumpul arus. Penemuan ini disebut piringan Faraday.
Para ilmuwan pada periode itu tidak mengakui ide-ide Faraday, tetapi Maxwell mengambil penelitian itu sebagai dasar teori magnetnya. Pada tahun 1836 gram. Michael Faraday membangun hubungan untuk proses elektrokimia, yang disebut Hukum Faraday Elektrolisis. Yang pertama menggambarkan rasio massa zat yang dilepaskan pada elektroda dan arus yang mengalir, dan yang kedua rasio massa suatu zat dalam larutan dan dilepaskan pada elektroda, untuk jumlah tertentu listrik.
Elektrodinamika
Karya pertama digunakan dalam fisika, khususnya dalam deskripsi pengoperasian mesin dan perangkat listrik (transformator, motor, dll.). Hukum Faraday menyatakan:
Untuk suatu rangkaian, EMF yang diinduksi berbanding lurus dengan besarnya kecepatan fluks magnet yang bergerak melalui rangkaian ini dengan tanda minus.
Ini dapat dikatakan dengan kata-kata sederhana: semakin cepat fluks magnet bergerak melalui sirkuit, semakin banyak EMF yang dihasilkan di terminalnya.
Rumusnya terlihat seperti ini:
Di sini dФ adalah fluks magnet, dan dt adalah satuan waktu. Diketahui turunan pertama kali adalah kecepatan. Artinya, kecepatan pergerakan fluks magnet dalam kasus khusus ini. Omong-omong, sumber medan magnet (kumparan dengan arus - elektromagnet, atau magnet permanen) dan sirkuit dapat bergerak.
Di sini, aliran dapat dinyatakan dengan rumus berikut:
B adalah medan magnet dan dS adalah luas permukaan.
Jika kita perhatikan sebuah kumparan dengan lilitan yang rapat, sedangkan pada jumlah lilitan N, maka hukum Faraday terlihat sebagai berikut:
Fluks magnet dalam rumus satu putaran, diukur dalam Weber. Arus yang mengalir dalam rangkaian disebut induktif.
Induksi elektromagnetik adalah fenomena aliran arus dalam loop tertutup di bawah pengaruh medan magnet eksternal.
Pada rumus di atas, Anda mungkin telah memperhatikan tanda-tanda modul, tanpa mereka memiliki bentuk yang sedikit berbeda, seperti yang dikatakan dalam rumusan pertama, dengan tanda minus.
Tanda minus menjelaskan aturan Lenz. Arus yang timbul di sirkuit menciptakan medan magnet, diarahkan ke arah yang berlawanan. Ini adalah konsekuensi dari hukum kekekalan energi.
Arah arus induksi dapat ditentukan dengan aturan tangan kanan atau gimbal, kami memeriksanya secara rinci di situs web kami.
Seperti yang telah disebutkan, berkat fenomena induksi elektromagnetik, mesin listrik, transformator, generator dan motor, bekerja. Ilustrasi menunjukkan aliran arus dalam belitan jangkar di bawah pengaruh medan magnet stator. Dalam kasus generator, ketika rotornya berputar oleh gaya eksternal, EMF muncul di belitan rotor, arus menghasilkan medan magnet yang diarahkan ke arah yang berlawanan (tanda minus yang sama dalam rumus). Semakin banyak arus yang dikonsumsi oleh beban generator, semakin besar medan magnet ini, dan semakin sulit untuk diputar.
Dan sebaliknya - ketika arus mengalir di rotor, medan muncul, yang berinteraksi dengan medan stator dan rotor mulai berputar. Dengan beban pada poros, arus di stator dan rotor meningkat, sementara itu perlu untuk memastikan pergantian belitan, tetapi ini adalah topik lain yang terkait dengan desain mesin listrik.
Di jantung operasi transformator, sumber fluks magnet yang bergerak adalah medan magnet bolak-balik yang timbul dari aliran arus bolak-balik pada belitan primer.
Jika Anda ingin mempelajari masalah ini lebih detail, kami sarankan menonton video, yang menjelaskan hukum Faraday untuk induksi elektromagnetik dengan mudah dan mudah:
Elektrolisa
Selain penelitian tentang EMF dan induksi elektromagnetik, ilmuwan membuat penemuan besar dalam disiplin ilmu lain, termasuk kimia.
Ketika arus mengalir melalui elektrolit, ion (positif dan negatif) mulai mengalir ke elektroda. Yang negatif bergerak menuju anoda, positif menuju katoda. Dalam hal ini, massa tertentu suatu zat dilepaskan pada salah satu elektroda, yang terkandung dalam elektrolit.
Faraday melakukan eksperimen, melewatkan arus yang berbeda melalui elektrolit dan mengukur massa zat yang disimpan pada elektroda, menyimpulkan pola.
m = k * Q
m adalah massa zat, q adalah muatan, dan k tergantung pada komposisi elektrolit.
Dan muatan dapat dinyatakan dalam arus selama periode waktu:
saya = q / t, kemudian q = i * t
Sekarang Anda dapat menentukan massa zat yang akan dilepaskan, mengetahui arus dan waktu yang mengalir. Ini disebut Hukum Elektrolisis Pertama Faraday.
Hukum kedua:
Massa suatu unsur kimia yang mengendap pada elektroda berbanding lurus dengan massa ekivalennya unsur (massa molar dibagi dengan angka yang bergantung pada reaksi kimia di mana zat).
Mempertimbangkan hal di atas, hukum-hukum ini digabungkan ke dalam rumus:
m adalah massa zat yang dilepaskan dalam gram, n adalah jumlah elektron yang ditransfer dalam proses elektroda, F = 986485 C / mol - bilangan Faraday, t - waktu dalam detik, M massa molar zat g/mol.
Pada kenyataannya, karena berbagai alasan, massa zat yang dipancarkan lebih kecil dari yang dihitung (saat menghitung dengan mempertimbangkan arus yang mengalir). Rasio massa teoritis dan nyata disebut efisiensi saat ini:
BT = 100% * mhunian/ Mteori
Dan akhirnya, kami menyarankan Anda untuk melihat penjelasan rinci tentang hukum Faraday untuk elektrolisis:
Hukum Faraday memberikan kontribusi yang signifikan bagi perkembangan ilmu pengetahuan modern, berkat karyanya, kami memiliki motor listrik dan generator listrik (serta karya para pengikutnya). Pekerjaan EMF dan fenomena induksi elektromagnetik memberi kita sebagian besar modern peralatan listrik, termasuk pengeras suara dan mikrofon, yang tanpanya tidak mungkin mendengarkan rekaman dan komunikasi suara. Proses elektrolisis digunakan dalam metode pelapisan bahan pelapis, yang memiliki nilai dekoratif dan praktis.
Bahan terkait:
- Hukum Joule-Lenz
- Ketergantungan resistansi konduktor pada suhu
- Hukum Ohm dengan kata-kata sederhana
