Fysiikan ja kemian prosessien kuvaamiseksi on olemassa useita kokeellisesti ja laskennallisesti saatuja lakeja ja suhteita. Yhtäkään tutkimusta ei voida tehdä ilman prosessien ennakkoarviointia teoreettisten suhteiden avulla. Faradayn lakeja sovelletaan fysiikassa ja kemiassa, ja tässä artikkelissa yritämme kertoa sinulle lyhyesti ja selkeästi kaikista tämän suuren tiedemiehen kuuluisista löydöistä.
Sisältö:
- Löytöhistoria
- Elektrodynamiikka
- Elektrolyysi
Löytöhistoria
Faradayn sähködynamiikan lain löysi kaksi tiedemiestä: Michael Faraday ja Joseph Henry, mutta Faraday julkaisi työnsä tulokset aiemmin - vuonna 1831.
Demonstraatiokokeissaan elokuussa 1831. hän käytti rautatorusta, jonka vastakkaisiin päihin oli kierretty lanka (yksi lanka per puoli). Hän toimitti virtaa galvaanisesta akusta yhden ensimmäisen johdon päihin ja liitti galvanometrin toisen napoihin. Suunnittelu oli samanlainen kuin moderni muuntaja. Kääntämällä ajoittain ensimmäisen johdon jännitteen päälle ja pois, hän havaitsi galvanometrissä murtumia.
Galvanometri on erittäin herkkä laite pienten virtojen voimakkuuden mittaamiseen.
Siten on kuvattu ensimmäisessä johdossa virran virtauksen seurauksena muodostuneen magneettikentän vaikutus toisen johtimen tilaan. Tämä isku välitettiin ensimmäisestä toiseen ytimen - metallitoruksen kautta. Tutkimuksen tuloksena löydettiin myös kelassa liikkuvan kestomagneetin vaikutus sen käämiin.
Sitten Faraday selitti sähkömagneettisen induktion ilmiön voimalinjoilla. Toinen oli tasavirtaa tuottava laite: magneetin lähellä pyörinyt kuparilevy ja sitä pitkin liukuva lanka oli virrankeräin. Tätä keksintöä kutsutaan Faradayn levyksi.
Tuon ajan tutkijat eivät tunnistaneet Faradayn ajatuksia, mutta Maxwell otti tutkimuksen magneettiteoriansa perustaksi. Vuonna 1836 g. Michael Faraday loi suhteita sähkökemiallisiin prosesseihin, joita kutsuttiin Faradayn elektrolyysin laeiksi. Ensimmäinen kuvaa elektrodilla vapautuvan aineen massan ja virtaavan virran suhdetta ja toinen liuoksessa olevan ja elektrodilla vapautuneen aineen massan suhde tietylle määrälle sähköä.
Elektrodynamiikka
Ensimmäisiä teoksia käytetään fysiikassa, erityisesti sähkökoneiden ja -laitteiden (muuntajat, moottorit jne.) toiminnan kuvauksessa. Faradayn laki sanoo:
Piirillä indusoitu EMF on suoraan verrannollinen magneettivuon nopeuden suuruuteen, joka liikkuu tämän piirin läpi miinusmerkillä.
Tämä voidaan sanoa yksinkertaisin sanoin: mitä nopeammin magneettivuo liikkuu piirin läpi, sitä enemmän EMF: ää syntyy sen liittimissä.
Kaava näyttää tältä:
Tässä dФ on magneettivuo ja dt on ajan yksikkö. Tiedetään, että ensimmäinen derivaatta on nopeus. Eli magneettivuon liikenopeus tässä nimenomaisessa tapauksessa. Muuten, magneettikentän lähde (käämi virralla - sähkömagneetti tai kestomagneetti) ja piiri voivat liikkua.
Tässä virtaus voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:
B on magneettikenttä ja dS on pinta-ala.
Jos tarkastelemme kelaa, jossa on tiukasti kierretyt kierrokset, kun taas kierrosten lukumäärä on N, niin Faradayn laki näyttää seuraavalta:
Magneettivirta kaavassa yhdelle kierrokselle, mitattuna Weberissä. Piirissä kulkevaa virtaa kutsutaan induktiiviseksi.
Sähkömagneettinen induktio on ilmiö, jossa virta kulkee suljetussa silmukassa ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta.
Yllä olevissa kaavoissa olet ehkä huomannut moduulin merkit, ilman niitä sillä on hieman erilainen muoto, kuten ensimmäisessä formulaatiossa sanottiin, miinusmerkillä.
Miinusmerkki selittää Lenzin säännön. Piirissä nouseva virta luo magneettikentän, se on suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Tämä on seurausta energian säilymisen laista.
Induktiovirran suunta voidaan määrittää oikean käden säännöllä tai gimbaali, tutkimme sitä yksityiskohtaisesti verkkosivustollamme.
Kuten jo mainittiin, sähkömagneettisen induktion ilmiön ansiosta sähkökoneet, muuntajat, generaattorit ja moottorit toimivat. Kuvassa näkyy virran virtaus ankkurikäämityksessä staattorin magneettikentän vaikutuksesta. Generaattorin tapauksessa, kun sen roottori pyörii ulkoisten voimien vaikutuksesta, roottorin käämeissä syntyy EMF, virta muodostaa vastakkaiseen suuntaan suunnatun magneettikentän (sama miinusmerkki kaavassa). Mitä enemmän virtaa generaattorin kuorma kuluttaa, sitä suurempi tämä magneettikenttä on ja sitä vaikeampi on pyörittää.
Ja päinvastoin - kun virta kulkee roottorissa, syntyy kenttä, joka on vuorovaikutuksessa staattorikentän kanssa ja roottori alkaa pyöriä. Akselin kuormituksella staattorin ja roottorin virta kasvaa, kun taas on tarpeen varmistaa käämien kytkentä, mutta tämä on toinen sähkökoneiden suunnitteluun liittyvä aihe.
Muuntajan toiminnan ytimessä liikkuvan magneettivuon lähde on vaihtuva magneettikenttä, joka syntyy ensiökäämin vaihtovirran virtauksesta.
Jos haluat tutkia asiaa tarkemmin, suosittelemme katsomaan videon, joka selittää helposti ja helposti Faradayn sähkömagneettisen induktion lain:
Elektrolyysi
EMF: n ja sähkömagneettisen induktion tutkimuksen lisäksi tiedemies teki suuria löytöjä muilla tieteenaloilla, mukaan lukien kemia.
Kun virta kulkee elektrolyytin läpi, ionit (positiiviset ja negatiiviset) alkavat syöksyä elektrodeille. Negatiiviset liikkuvat anodia kohti, positiiviset katodia kohti. Tässä tapauksessa yhdelle elektrodille vapautuu tietty massa ainetta, joka sisältyy elektrolyytiin.
Faraday suoritti kokeita, kulki eri virtoja elektrolyytin läpi ja mittasi elektrodeille kerrostetun aineen massan, päätteli kuvioita.
m = k * Q
m on aineen massa, q on varaus ja k riippuu elektrolyytin koostumuksesta.
Ja lataus voidaan ilmaista virralla tietyn ajanjakson aikana:
I = q/t, sitten q = i * t
Nyt voit määrittää vapautuvan aineen massan, kun tiedät virran ja ajan, jolloin se on virtannut. Tätä kutsutaan Faradayn ensimmäiseksi elektrolyysin laiksi.
Toinen laki:
Elektrodille laskeutuvan kemiallisen alkuaineen massa on suoraan verrannollinen vastaavaan massaan alkuaine (moolimassa jaettuna luvulla, joka riippuu kemiallisesta reaktiosta, jossa aine).
Ottaen huomioon edellä mainitut lait yhdistetään kaavaksi:
m on vapautuneen aineen massa grammoina, n on sisään siirrettyjen elektronien lukumäärä elektrodiprosessi, F = 986485 C / mol - Faraday-luku, t - aika sekunteina, M moolimassa aine g/mol.
Todellisuudessa eri syistä johtuen vapautuvan aineen massa on pienempi kuin laskettu (laskettaessa ottaen huomioon virtaava virta). Teoreettisen ja todellisen massan suhdetta kutsutaan virran hyötysuhteeksi:
BT = 100 % * mratkaisu/ mteoria
Ja lopuksi suosittelemme, että katsot yksityiskohtaisen selityksen Faradayn elektrolyysin laista:
Faradayn lait antoivat merkittävän panoksen modernin tieteen kehitykseen, hänen työnsä ansiosta meillä on sähkömoottoreita ja sähkögeneraattoreita (sekä hänen seuraajiensa työ). EMF: n työ ja sähkömagneettisen induktion ilmiöt antoivat meille suurimman osan nykyaikaisesta sähkölaitteet, mukaan lukien kaiuttimet ja mikrofonit, joita ilman on mahdotonta kuunnella äänitykset ja puheviestintä. Päällystysmateriaalien galvanointimenetelmässä käytetään elektrolyysiprosesseja, joilla on sekä koristeellista että käytännöllistä arvoa.
Aiheeseen liittyvät materiaalit:
- Joule-Lenzin laki
- Johtimen resistanssin riippuvuus lämpötilasta
- Ohmin laki yksinkertaisin sanoin
