Pour décrire les processus en physique et en chimie, il existe un certain nombre de lois et de relations obtenues expérimentalement et par calcul. Pas une seule étude ne peut être menée sans une évaluation préalable des processus par des relations théoriques. Les lois de Faraday sont appliquées en physique et en chimie, et dans cet article, nous essaierons de vous parler brièvement et clairement de toutes les découvertes célèbres de ce grand scientifique.
Teneur:
- Historique de la découverte
- Électrodynamique
- Électrolyse
Historique de la découverte
La loi de Faraday en électrodynamique a été découverte par deux scientifiques: Michael Faraday et Joseph Henry, mais Faraday a publié les résultats de ses travaux plus tôt - en 1831.
Dans ses expériences de démonstration en août 1831. il utilisait un tore de fer, aux extrémités opposées duquel était enroulé un fil (un fil par côté). Il a fourni l'alimentation d'une batterie galvanique aux extrémités d'un des premiers fils, et a connecté un galvanomètre aux bornes du second. La conception était similaire à un transformateur moderne. Allumant et éteintant périodiquement la tension sur le premier fil, il a observé des éclats sur le galvanomètre.
Le galvanomètre est un instrument très sensible pour mesurer la force de petits courants.
Ainsi, l'effet du champ magnétique formé à la suite du passage du courant dans le premier fil sur l'état du deuxième conducteur a été représenté. Cet impact a été transmis du premier au second à travers le noyau - un tore métallique. À la suite de recherches, l'influence d'un aimant permanent qui se déplace dans la bobine sur son enroulement a également été découverte.
Puis Faraday a expliqué le phénomène d'induction électromagnétique en termes de lignes de force. Un autre était un dispositif pour générer du courant continu: un disque de cuivre tournait près d'un aimant, et un fil glissant le long de celui-ci était un collecteur de courant. Cette invention s'appelle le disque de Faraday.
Les scientifiques de cette période n'ont pas reconnu les idées de Faraday, mais Maxwell a fait des recherches sur la base de sa théorie magnétique. En 1836 g. Michael Faraday a établi des relations pour les processus électrochimiques, appelés les lois de l'électrolyse de Faraday. Le premier décrit le rapport entre la masse de la substance libérée à l'électrode et le courant circulant, et le second le rapport de la masse d'une substance en solution et libérée à l'électrode, pour une certaine quantité électricité.
Électrodynamique
Les premiers travaux sont utilisés en physique, notamment dans la description du fonctionnement des machines et appareils électriques (transformateurs, moteurs, etc.). La loi de Faraday stipule :
Pour un circuit, la CEM induite est directement proportionnelle à l'amplitude de la vitesse du flux magnétique qui se déplace à travers ce circuit avec un signe moins.
Cela peut être dit en termes simples: plus le flux magnétique se déplace rapidement dans le circuit, plus la CEM est générée à ses bornes.
La formule ressemble à ceci :
Ici, dФ est le flux magnétique et dt est une unité de temps. On sait que la première dérivée temporelle est la vitesse. C'est-à-dire la vitesse de déplacement du flux magnétique dans ce cas particulier. À propos, la source d'un champ magnétique (une bobine avec un courant - un électro-aimant ou un aimant permanent) et un circuit peuvent se déplacer.
Ici, le flux peut être exprimé par la formule suivante :
B est le champ magnétique et dS est la surface.
Si l'on considère une bobine à spires serrées, avec le nombre de spires N, alors la loi de Faraday ressemble à ceci :
Flux magnétique dans la formule pour un tour, mesuré en Weber. Le courant circulant dans le circuit est appelé inductif.
L'induction électromagnétique est le phénomène de circulation de courant dans une boucle fermée sous l'influence d'un champ magnétique externe.
Dans les formules ci-dessus, vous avez peut-être remarqué les signes du module, sans eux, il a une forme légèrement différente, comme cela a été dit dans la première formulation, avec un signe moins.
Le signe moins explique la règle de Lenz. Le courant naissant dans le circuit crée un champ magnétique, il est dirigé dans le sens opposé. C'est une conséquence de la loi de conservation de l'énergie.
La direction du courant d'induction peut être déterminée par la règle de la main droite ou cardan, nous l'avons examiné en détail sur notre site Internet.
Comme déjà mentionné, grâce au phénomène d'induction électromagnétique, les machines électriques, les transformateurs, les générateurs et les moteurs fonctionnent. L'illustration montre le flux de courant dans l'enroulement d'induit sous l'influence du champ magnétique du stator. Dans le cas d'un générateur, lorsque son rotor tourne sous l'action de forces externes, une CEM apparaît dans les enroulements du rotor, le courant génère un champ magnétique dirigé dans le sens opposé (le même signe moins dans la formule). Plus le courant consommé par la charge du générateur est important, plus ce champ magnétique est important et plus sa rotation est difficile.
Et vice versa - lorsque le courant circule dans le rotor, un champ apparaît, qui interagit avec le champ du stator et le rotor commence à tourner. Avec une charge sur l'arbre, le courant dans le stator et dans le rotor augmente, alors qu'il est nécessaire d'assurer la commutation des enroulements, mais c'est un autre sujet lié à la conception des machines électriques.
Au cœur du fonctionnement du transformateur, la source d'un flux magnétique en mouvement est un champ magnétique alternatif issu de la circulation du courant alternatif dans l'enroulement primaire.
Si vous souhaitez étudier la question plus en détail, nous vous recommandons de regarder la vidéo, qui explique facilement et facilement la loi de Faraday pour l'induction électromagnétique :
Électrolyse
En plus des recherches sur les champs électromagnétiques et l'induction électromagnétique, le scientifique a fait de grandes découvertes dans d'autres disciplines, dont la chimie.
Lorsque le courant traverse l'électrolyte, les ions (positifs et négatifs) commencent à se précipiter vers les électrodes. Les négatifs se dirigent vers l'anode, les positifs vers la cathode. Dans ce cas, une certaine masse d'une substance est libérée sur l'une des électrodes, qui est contenue dans l'électrolyte.
Faraday a mené des expériences, faisant passer différents courants à travers l'électrolyte et mesurant la masse de la substance déposée sur les électrodes, en a déduit des motifs.
m = k * Q
m est la masse de la substance, q est la charge et k dépend de la composition de l'électrolyte.
Et la charge peut être exprimée en termes de courant sur une période de temps :
I = q / t, alors q = je * t
Vous pouvez maintenant déterminer la masse de la substance qui sera libérée, connaissant le courant et le temps qu'elle a coulé. C'est ce qu'on appelle la première loi de l'électrolyse de Faraday.
Deuxième loi :
La masse d'un élément chimique qui se dépose sur l'électrode est directement proportionnelle à la masse équivalente élément (masse molaire divisée par un nombre qui dépend de la réaction chimique dans laquelle substance).
Compte tenu de ce qui précède, ces lois sont combinées dans la formule :
m est la masse de la substance qui a été libérée en grammes, n est le nombre d'électrons transférés dans processus d'électrode, F = 986485 C / mol - nombre de Faraday, t - temps en secondes, masse molaire M substance g / mol.
En réalité, pour diverses raisons, la masse de la substance émise est inférieure à celle calculée (lors du calcul en tenant compte du courant circulant). Le rapport des masses théoriques et réelles s'appelle le rendement actuel :
BT = 100% * mrèglement/ mthéor
Et enfin, nous vous recommandons de consulter une explication détaillée de la loi de Faraday pour l'électrolyse :
Les lois de Faraday ont apporté une contribution significative au développement de la science moderne, grâce à son travail, nous avons des moteurs électriques et des générateurs d'électricité (ainsi que le travail de ses disciples). Le travail des champs électromagnétiques et les phénomènes d'induction électromagnétique nous ont donné la plupart des équipements électriques, y compris les haut-parleurs et les microphones, sans lesquels il est impossible d'écouter enregistrements et communication vocale. Les procédés d'électrolyse sont utilisés dans la méthode de galvanoplastie des matériaux de revêtement, qui a une valeur à la fois décorative et pratique.
Matériaux associés :
- Loi Joule-Lenz
- La dépendance de la résistance du conducteur à la température
- La loi d'Ohm en termes simples
