Füüsika ja keemia protsesside kirjeldamiseks on mitmeid eksperimentaalselt ja arvutuslikult saadud seadusi ja seoseid. Ühtegi uuringut ei saa läbi viia ilma protsesside eelhinnanguta teoreetiliste seoste alusel. Faraday seadusi rakendatakse füüsikas ja keemias ning selles artiklis püüame teile lühidalt ja selgelt rääkida selle suure teadlase kõigist kuulsatest avastustest.
Sisu:
- Avastamise ajalugu
- Elektrodünaamika
- Elektrolüüs
Avastamise ajalugu
Faraday seaduse elektrodünaamikas avastasid kaks teadlast: Michael Faraday ja Joseph Henry, kuid Faraday avaldas oma töö tulemused varem – 1831. aastal.
Oma näidiskatsetes 1831. aasta augustis. ta kasutas rauast torust, mille vastasotstesse oli keritud traat (üks traat kummalgi küljel). Ta andis galvaanilise aku toite ühe esimese juhtme otstele ja ühendas galvanomeetri teise juhtme klemmidega. Disain sarnanes kaasaegse trafoga. Esimese juhtme pinge perioodiliselt sisse ja välja lülitades täheldas ta galvanomeetril purunemisi.
Galvanomeeter on väga tundlik instrument väikeste voolude tugevuse mõõtmiseks.
Seega kujutati esimeses juhtmes voolu liikumise tulemusena tekkinud magnetvälja mõju teise juhi olekule. See löök kandus esimesest teise läbi südamiku - metallist toru. Uurimistöö tulemusena avastati ka mähises liikuva püsimagneti mõju selle mähisele.
Seejärel selgitas Faraday elektromagnetilise induktsiooni nähtust jõujoonte kaudu. Teine oli seade alalisvoolu tekitamiseks: magneti lähedal pöörlev vaskketas ja seda mööda libisev traat oli voolukollektor. Seda leiutist nimetatakse Faraday kettaks.
Selle perioodi teadlased ei tunnustanud Faraday ideid, kuid Maxwell võttis oma magnetiteooria aluseks uurimistööd. Aastal 1836 g. Michael Faraday lõi elektrokeemiliste protsesside jaoks seosed, mida nimetati Faraday elektrolüüsiseadusteks. Esimene kirjeldab elektroodil vabaneva aine massi ja voolava voolu suhet ning teine lahuses oleva ja elektroodil vabaneva aine massi suhe teatud koguses elektrit.
Elektrodünaamika
Esimesi töid kasutatakse füüsikas, täpsemalt elektrimasinate ja -seadmete (trafod, mootorid jne) töö kirjeldamisel. Faraday seadus ütleb:
Ahela puhul on indutseeritud EMF otseselt proportsionaalne miinusmärgiga läbi selle vooluringi liikuva magnetvoo kiiruse suurusega.
Seda võib öelda lihtsate sõnadega: mida kiiremini magnetvoog läbi vooluahela liigub, seda rohkem tekib selle klemmides EMF.
Valem näeb välja selline:
Siin on dФ magnetvoog ja dt on ajaühik. On teada, et esmakordne tuletis on kiirus. See tähendab, et antud juhul on magnetvoo liikumise kiirus. Muide, magnetvälja allikas (vooluga mähis - elektromagnet või püsimagnet) ja vooluahel võivad liikuda.
Siin saab voolu väljendada järgmise valemiga:
B on magnetväli ja dS on pindala.
Kui arvestada keerdude arvuga N, siis on Faraday seadus järgmine:
Magnetvoog valemis ühe pöörde kohta, mõõdetuna Weberis. Ahelas voolavat voolu nimetatakse induktiivseks.
Elektromagnetiline induktsioon on nähtus, kus voolu kulgeb suletud ahelas välise magnetvälja mõjul.
Ülaltoodud valemites võisite märgata mooduli märke, ilma nendeta on sellel veidi erinev vorm, nagu öeldi esimeses sõnastuses, miinusmärgiga.
Miinusmärk selgitab Lenzi reeglit. Ahelas tekkiv vool tekitab magnetvälja, see on suunatud vastupidises suunas. See on energia jäävuse seaduse tagajärg.
Induktsioonivoolu suuna saab määrata parema käe reegli või gimbal, uurisime seda oma veebisaidil üksikasjalikult.
Nagu juba mainitud, töötavad tänu elektromagnetilise induktsiooni nähtusele elektrimasinad, trafod, generaatorid ja mootorid. Joonisel on kujutatud voolu vool armatuuri mähises staatori magnetvälja mõjul. Generaatori puhul, kui selle rootor pöörleb välisjõudude mõjul, tekib rootori mähistesse EMF, vool tekitab vastassuunas suunatud magnetvälja (valemis sama miinusmärk). Mida rohkem voolu generaatori koormus tarbib, seda suurem on see magnetväli ja seda keerulisem on seda pöörata.
Ja vastupidi - kui rootoris voolab vool, tekib väli, mis interakteerub staatoriväljaga ja rootor hakkab pöörlema. Võlli koormuse korral suureneb vool staatoris ja rootoris, samas on vaja tagada mähiste ümberlülitamine, kuid see on teine elektrimasinate projekteerimisega seotud teema.
Trafo töö keskmes on liikuva magnetvoo allikaks vahelduv magnetväli, mis tekib vahelduvvoolu voolust primaarmähises.
Kui soovite probleemi üksikasjalikumalt uurida, soovitame vaadata videot, mis selgitab lihtsalt ja lihtsalt Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadust:
Elektrolüüs
Lisaks elektromagnetväljade ja elektromagnetilise induktsiooni uurimisele tegi teadlane suuri avastusi ka teistes teadusharudes, sealhulgas keemias.
Kui vool läbib elektrolüüdi, hakkavad ioonid (positiivsed ja negatiivsed) elektroodidele kiirustama. Negatiivsed liiguvad anoodi poole, positiivsed katoodi poole. Samal ajal eraldub ühele elektroodile teatud mass ainet, mis sisaldub elektrolüüdis.
Faraday viis läbi katseid, lastes läbi elektrolüüdi erinevaid voolusid ja mõõtes elektroodidele ladestunud aine massi, tuletas mustreid.
m = k * Q
m on aine mass, q on laeng ja k sõltub elektrolüüdi koostisest.
Ja laengut saab väljendada vooluna teatud aja jooksul:
I = q/t, siis q = i * t
Nüüd saate määrata eralduva aine massi, teades voolu ja selle voolamise aega. Seda nimetatakse Faraday esimeseks elektrolüüsi seaduseks.
Teine seadus:
Elektroodile settiva keemilise elemendi mass on otseselt võrdeline ekvivalentmassiga element (moolmass jagatud arvuga, mis sõltub keemilisest reaktsioonist, milles aine).
Eespool öeldut silmas pidades on need seadused ühendatud valemisse:
m on vabanenud aine mass grammides, n on ülekantud elektronide arv elektroodiprotsess, F = 986485 C / mol - Faraday arv, t - aeg sekundites, M molaarmass aine g / mol.
Tegelikkuses on eralduva aine mass erinevatel põhjustel väiksem kui arvutatud (arvutamisel, võttes arvesse voolavat voolu). Teoreetilise ja reaalse massi suhet nimetatakse voolutõhususeks:
BT = 100% * masula/ mteooria
Ja lõpuks soovitame teil vaadata Faraday elektrolüüsiseaduse üksikasjalikku selgitust:
Faraday seadused andsid olulise panuse kaasaegse teaduse arengusse, tänu tema tööle on meil olemas elektrimootorid ja elektrigeneraatorid (nagu ka tema järgijate töö). EMF-i töö ja elektromagnetilise induktsiooni nähtused andsid meile suurema osa kaasaegsest elektriseadmed, sealhulgas valjuhääldid ja mikrofonid, ilma milleta on võimatu kuulata salvestused ja kõneside. Kattematerjalide galvaniseerimise meetodil kasutatakse elektrolüüsiprotsesse, millel on nii dekoratiivne kui ka praktiline väärtus.
Seotud materjalid:
- Joule-Lenzi seadus
- Juhi takistuse sõltuvus temperatuurist
- Ohmi seadus lihtsate sõnadega
