A fizika és a kémia folyamatainak leírására számos kísérleti és számítási törvény és összefüggés létezik. Egyetlen vizsgálat sem végezhető el a folyamatok előzetes elméleti összefüggésekkel történő felmérése nélkül. Faraday törvényeit a fizikában és a kémiában alkalmazzák, és ebben a cikkben megpróbáljuk röviden és világosan elmondani Önnek e nagyszerű tudós összes híres felfedezését.
Tartalom:
- A felfedezés története
- Elektrodinamika
- Elektrolízis
A felfedezés története
Faraday elektrodinamikai törvényét két tudós fedezte fel: Michael Faraday és Joseph Henry, de Faraday korábban - 1831-ben - publikálta munkája eredményét.
Bemutató kísérleteiben 1831 augusztusában. vas tóruszt használt, melynek ellentétes végeire egy drótot tekercseltek (oldalanként egy drót). Egy galvanikus akkumulátorról táplálta az egyik első vezeték végét, és egy galvanométert csatlakoztatott a második kivezetéseihez. A kialakítás hasonló volt egy modern transzformátorhoz. Időnként be- és kikapcsolva a feszültséget az első vezetéken, kitöréseket észlelt a galvanométeren.
A galvanométer egy rendkívül érzékeny műszer kis áramok erősségének mérésére.
Így ábrázoltuk az első vezetékben folyó áram hatására kialakuló mágneses tér hatását a második vezető állapotára. Ezt a becsapódást az elsőről a másodikra továbbították a magon - egy fém tóruszon. A kutatások eredményeként a tekercsben mozgó állandó mágnes hatását is felfedezték annak tekercselésére.
Aztán Faraday az elektromágneses indukció jelenségét erővonalakkal magyarázta. Egy másik egyenáram-előállító berendezés volt: egy mágnes közelében forgó rézkorong, a rajta csúszó vezeték pedig áramgyűjtő volt. Ezt a találmányt Faraday-lemeznek hívják.
Az akkori tudósok nem ismerték fel Faraday gondolatait, de Maxwell a kutatást mágneses elméletének alapjaira vette. 1836-ban g. Michael Faraday kapcsolatokat hozott létre az elektrokémiai folyamatokkal, amelyeket Faraday elektrolízis törvényeinek neveztek. Az első az elektródán felszabaduló anyag tömegének és az átfolyó áramnak az arányát írja le, a második pedig az oldatban lévő és az elektródán felszabaduló anyag tömegének aránya egy bizonyos mennyiségre elektromosság.
Elektrodinamika
Az első munkákat a fizikában, konkrétan az elektromos gépek, berendezések (transzformátorok, motorok stb.) működésének leírásában alkalmazzák. Faraday törvénye kimondja:
Egy áramkör esetében az indukált EMF egyenesen arányos az ezen az áramkörön áthaladó mágneses fluxus sebességének nagyságával, mínusz előjellel.
Ez egyszerű szavakkal elmondható: minél gyorsabban halad át a mágneses fluxus az áramkörön, annál több EMF keletkezik a kapcsain.
A képlet így néz ki:
Itt dФ a mágneses fluxus, dt pedig az idő mértékegysége. Ismeretes, hogy az első derivált a sebesség. Vagyis a mágneses fluxus mozgási sebessége ebben a konkrét esetben. Mellesleg, a mágneses mező forrása (áramú tekercs - elektromágnes vagy állandó mágnes) és egy áramkör mozoghat.
Itt az áramlás a következő képlettel fejezhető ki:
B a mágneses tér és dS a felület.
Ha egy tekercset tekintünk szorosan tekercselt menetekkel, míg a menetek számában N, akkor Faraday törvénye a következőképpen néz ki:
Mágneses fluxus a képletben egy fordulaton, Weberben mérve. Az áramkörben folyó áramot induktívnak nevezzük.
Az elektromágneses indukció az a jelenség, amikor egy zárt hurokban áram folyik külső mágneses tér hatására.
A fenti képletekben feltűnhettek a modul jelei, ezek nélkül kicsit más formája van, mint az első megfogalmazásban, mínuszjellel.
A mínusz jel magyarázza Lenz szabályát. Az áramkörben fellépő áram mágneses teret hoz létre, ellenkező irányú. Ez az energiamegmaradás törvényének következménye.
Az indukciós áram iránya a jobb kéz szabályával, ill gimbal, honlapunkon részletesen megvizsgáltuk.
Mint már említettük, az elektromágneses indukció jelenségének köszönhetően az elektromos gépek, transzformátorok, generátorok és motorok működnek. Az ábra az armatúra tekercsben az állórész mágneses mezejének hatására folyó áramot mutatja. Generátor esetén, amikor a forgórésze külső erők hatására forog, a forgórész tekercseiben EMF keletkezik, az áram ellentétes irányú mágneses mezőt hoz létre (a képletben ugyanaz a mínusz jel). Minél több áramot vesz fel a generátor terhelése, annál nagyobb ez a mágneses tér, és annál nehezebb forgatni.
És fordítva - amikor áram folyik a rotorban, mező keletkezik, amely kölcsönhatásba lép az állórész mezőjével, és a forgórész forogni kezd. A tengely terhelése esetén az állórészben és a forgórészben növekszik az áram, miközben biztosítani kell a tekercsek átkapcsolását, de ez egy másik téma az elektromos gépek tervezésével kapcsolatban.
A transzformátor működésének középpontjában a mozgó mágneses fluxus forrása egy váltakozó mágneses mező, amely a primer tekercsben lévő váltakozó áram áramlásából ered.
Ha részletesebben szeretné tanulmányozni a kérdést, javasoljuk, hogy nézze meg a videót, amely könnyen és egyszerűen elmagyarázza Faraday elektromágneses indukciós törvényét:
Elektrolízis
Az EMF és az elektromágneses indukció kutatása mellett a tudós más tudományágakban is nagy felfedezéseket tett, beleértve a kémiát is.
Amikor áram folyik át az elektroliton, az ionok (pozitív és negatív) elkezdenek rohanni az elektródákhoz. A negatívak az anód felé, a pozitívak a katód felé mozognak. Ebben az esetben egy bizonyos tömegű anyag szabadul fel az egyik elektródán, amelyet az elektrolit tartalmaz.
Faraday kísérleteket végzett, különböző áramokat vezetve át az elektroliton, és megmérve az elektródákon lerakódott anyag tömegét, mintázatokat vont le.
m = k * Q
m az anyag tömege, q a töltés, k pedig az elektrolit összetételétől függ.
És a töltés egy adott időszakra érvényes árammal fejezhető ki:
I = q/t, azután q = i * t
Most meghatározhatja a felszabaduló anyag tömegét, ismerve az áramot és az áramlási időt. Ezt Faraday első elektrolízis törvényének hívják.
Második törvény:
Az elektródán leülepedő kémiai elem tömege egyenesen arányos az egyenértékű tömeggel elem (móltömeg osztva egy számmal, amely attól függ, hogy milyen kémiai reakcióban anyag).
Figyelembe véve a fentieket, ezeket a törvényeket a következő képletben egyesítjük:
m a felszabaduló anyag tömege grammban, n az átvitt elektronok száma elektród eljárás, F = 986485 C / mol - Faraday-szám, t - idő másodpercben, M moláris tömeg anyag g/mol.
A valóságban különböző okok miatt a kibocsátott anyag tömege kisebb, mint a számított (az áramló áram figyelembevételével). Az elméleti és a valós tömeg arányát áramhatékonyságnak nevezzük:
BT = 100% * mtelepülés/ melmélet
És végül azt javasoljuk, hogy tekintse meg az elektrolízis Faraday-törvényének részletes magyarázatát:
Faraday törvényei jelentős mértékben hozzájárultak a modern tudomány fejlődéséhez, munkásságának köszönhetően rendelkezünk elektromos motorokkal és elektromos generátorokkal (valamint követőinek munkái). Az EMF munkája és az elektromágneses indukció jelenségei adták nekünk a legtöbb modern elektromos berendezések, beleértve a hangszórókat és a mikrofonokat, amelyek nélkül nem lehet hallgatni felvételek és hangkommunikáció. A bevonóanyagok galvanizáló módszerében elektrolízises eljárásokat alkalmaznak, amelynek dekoratív és gyakorlati értéke is van.
Kapcsolódó anyagok:
- Joule-Lenz törvény
- A vezető ellenállásának a hőmérséklettől való függése
- Ohm törvénye egyszerű szavakkal
