Para describir los procesos en física y química, hay una serie de leyes y relaciones obtenidas experimentalmente y por cálculo. No se puede realizar un solo estudio sin una evaluación preliminar de los procesos por relaciones teóricas. Las leyes de Faraday se aplican en física y química, y en este artículo intentaremos contarte breve y claramente todos los famosos descubrimientos de este gran científico.
Contenido:
- Historia de descubrimiento
- Electrodinámica
- Electrólisis
Historia de descubrimiento
La ley de Faraday en electrodinámica fue descubierta por dos científicos: Michael Faraday y Joseph Henry, pero Faraday publicó los resultados de su trabajo antes, en 1831.
En sus experimentos de demostración en agosto de 1831. usó un toro de hierro, en cuyos extremos opuestos se enrollaba un alambre (un alambre por lado). Suministró energía de una batería galvánica a los extremos de uno de los primeros cables y conectó un galvanómetro a los terminales del segundo. El diseño era similar a un transformador moderno. Al encender y apagar periódicamente el voltaje en el primer cable, observó ráfagas en el galvanómetro.
El galvanómetro es un instrumento muy sensible para medir la fuerza de pequeñas corrientes.
Así, se representó el efecto del campo magnético formado como resultado del flujo de corriente en el primer cable sobre el estado del segundo conductor. Este impacto se transmitió del primero al segundo a través del núcleo, un toro de metal. Como resultado de la investigación, también se descubrió la influencia de un imán permanente que se mueve en la bobina sobre su bobinado.
Luego, Faraday explicó el fenómeno de la inducción electromagnética en términos de líneas de fuerza. Otro era un dispositivo para generar corriente continua: un disco de cobre que giraba cerca de un imán y un cable que se deslizaba a lo largo de él era un colector de corriente. Esta invención se llama disco de Faraday.
Los científicos de ese período no reconocieron las ideas de Faraday, pero Maxwell investigó la base de su teoría magnética. En 1836 g. Michael Faraday estableció relaciones para los procesos electroquímicos, que se denominaron Leyes de electrólisis de Faraday. El primero describe la relación entre la masa de la sustancia liberada en el electrodo y la corriente que fluye, y el segundo la proporción de la masa de una sustancia en solución y liberada en el electrodo, para una cierta cantidad electricidad.
Electrodinámica
Los primeros trabajos se utilizan en física, concretamente en la descripción del funcionamiento de máquinas y dispositivos eléctricos (transformadores, motores, etc.). La ley de Faraday establece:
Para un circuito, la EMF inducida es directamente proporcional a la magnitud de la velocidad del flujo magnético que se mueve a través de este circuito con un signo menos.
Esto se puede decir en palabras simples: cuanto más rápido se mueve el flujo magnético a través del circuito, más EMF se genera en sus terminales.
La fórmula se ve así:
Aquí dФ es el flujo magnético y dt es una unidad de tiempo. Se sabe que la primera derivada temporal es la velocidad. Es decir, la velocidad de movimiento del flujo magnético en este caso particular. Por cierto, la fuente de un campo magnético (una bobina con una corriente, un electroimán o un imán permanente) y un circuito pueden moverse.
Aquí, el flujo se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
B es el campo magnético y dS es el área de la superficie.
Si consideramos una bobina con vueltas enrolladas apretadamente, con el número de vueltas N, entonces la ley de Faraday se ve así:
Flujo magnético en la fórmula para una vuelta, medido en Weber. La corriente que fluye en el circuito se llama inductiva.
La inducción electromagnética es el fenómeno del flujo de corriente en un circuito cerrado bajo la influencia de un campo magnético externo.
En las fórmulas anteriores, es posible que haya notado los signos del módulo, sin ellos tiene una forma ligeramente diferente, como se dijo en la primera formulación, con un signo menos.
El signo menos explica la regla de Lenz. La corriente que surge en el circuito crea un campo magnético, se dirige en la dirección opuesta. Esta es una consecuencia de la ley de conservación de la energía.
La dirección de la corriente de inducción se puede determinar mediante la regla de la mano derecha o cardán, lo examinamos en detalle en nuestro sitio web.
Como ya se mencionó, gracias al fenómeno de la inducción electromagnética, funcionan las máquinas eléctricas, transformadores, generadores y motores. La ilustración muestra el flujo de corriente en el devanado del inducido bajo la influencia del campo magnético del estator. En el caso de un generador, cuando su rotor gira por fuerzas externas, surge un EMF en los devanados del rotor, la corriente genera un campo magnético dirigido en la dirección opuesta (el mismo signo menos en la fórmula). Cuanto más corriente consume la carga del generador, mayor es este campo magnético y más difícil es girar.
Y viceversa: cuando la corriente fluye en el rotor, surge un campo que interactúa con el campo del estator y el rotor comienza a girar. Con una carga en el eje, la corriente en el estator y en el rotor aumenta, mientras que es necesario asegurar la conmutación de los devanados, pero este es otro tema relacionado con el diseño de máquinas eléctricas.
En el corazón del funcionamiento del transformador, la fuente del flujo magnético en movimiento es un campo magnético alterno que surge del flujo de corriente alterna en el devanado primario.
Si desea estudiar el tema con más detalle, le recomendamos ver el video, que explica fácil y fácilmente la ley de Faraday para la inducción electromagnética:
Electrólisis
Además de la investigación sobre los campos electromagnéticos y la inducción electromagnética, el científico hizo grandes descubrimientos en otras disciplinas, incluida la química.
Cuando la corriente fluye a través del electrolito, los iones (positivos y negativos) comienzan a precipitarse hacia los electrodos. Los negativos se mueven hacia el ánodo, los positivos hacia el cátodo. En este caso, se libera una cierta masa de una sustancia en uno de los electrodos, que está contenido en el electrolito.
Faraday realizó experimentos, pasando diferentes corrientes a través del electrolito y midiendo la masa de la sustancia depositada sobre los electrodos, deduciendo patrones.
m = k * Q
m es la masa de la sustancia, q es la carga y k depende de la composición del electrolito.
Y la carga se puede expresar en términos de la corriente durante un período de tiempo:
Yo = q / t, luego q = i * t
Ahora puedes determinar la masa de la sustancia que se liberará, conociendo la corriente y el tiempo que ha fluido. Esto se llama Primera Ley de Electrólisis de Faraday.
Segunda ley:
La masa de un elemento químico que se deposita en el electrodo es directamente proporcional a la masa equivalente. elemento (masa molar dividida por un número que depende de la reacción química en la que sustancia).
Teniendo en cuenta lo anterior, estas leyes se combinan en la fórmula:
m es la masa de la sustancia que se liberó en gramos, n es el número de electrones transferidos en proceso de electrodo, F = 986485 C / mol - Número de Faraday, t - tiempo en segundos, M masa molar sustancia g / mol.
En realidad, debido a varias razones, la masa de la sustancia emitida es menor que la calculada (al calcular teniendo en cuenta la corriente que fluye). La relación de las masas teóricas y reales se llama eficiencia actual:
BT = 100% * masentamiento/ mteor
Y finalmente, le recomendamos que consulte una explicación detallada de la ley de Faraday para la electrólisis:
Las leyes de Faraday hicieron un importante aporte al desarrollo de la ciencia moderna, gracias a su trabajo, contamos con motores eléctricos y generadores de electricidad (además del trabajo de sus seguidores). El trabajo de EMF y los fenómenos de inducción electromagnética nos dio la mayor parte de la moderna equipos eléctricos, incluidos altavoces y micrófonos, sin los cuales es imposible escuchar grabaciones y comunicación de voz. Los procesos de electrólisis se utilizan en el método de galvanoplastia de materiales de revestimiento, que tiene un valor tanto decorativo como práctico.
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