Per descrivere i processi in fisica e chimica, ci sono una serie di leggi e relazioni ottenute sperimentalmente e per calcolo. Non è possibile effettuare un singolo studio senza una valutazione preliminare dei processi mediante relazioni teoriche. Le leggi di Faraday sono applicate in fisica e chimica, e in questo articolo cercheremo di raccontarti brevemente e chiaramente tutte le famose scoperte di questo grande scienziato.
Contenuto:
- Storia della scoperta
- Elettrodinamica
- Elettrolisi
Storia della scoperta
La legge di Faraday in elettrodinamica è stata scoperta da due scienziati: Michael Faraday e Joseph Henry, ma Faraday ha pubblicato i risultati del suo lavoro in precedenza - nel 1831.
Nei suoi esperimenti dimostrativi nell'agosto 1831. usò un toro di ferro, alle estremità opposte del quale era avvolto un filo (un filo per lato). Ha fornito energia da una batteria galvanica alle estremità di uno dei primi fili e ha collegato un galvanometro ai terminali del secondo. Il design era simile a un trasformatore moderno. Accendendo e spegnendo periodicamente la tensione sul primo filo, ha osservato esplosioni sul galvanometro.
Il galvanometro è uno strumento altamente sensibile per misurare la forza di piccole correnti.
Pertanto, è stata illustrata l'influenza del campo magnetico formato a seguito del flusso di corrente nel primo filo sullo stato del secondo conduttore. Questo impatto è stato trasmesso dal primo al secondo attraverso il nucleo: un toro metallico. Come risultato della ricerca, è stata anche scoperta l'influenza di un magnete permanente che si muove nella bobina sul suo avvolgimento.
Poi Faraday ha spiegato il fenomeno dell'induzione elettromagnetica in termini di linee di forza. Un altro era un dispositivo per generare corrente continua: un disco di rame ruotato vicino a un magnete e un filo che scorreva lungo di esso era un collettore di corrente. Questa invenzione si chiama disco di Faraday.
Gli scienziati di quel periodo non riconobbero le idee di Faraday, ma Maxwell portò la ricerca alla base della sua teoria magnetica. Nel 1836 gr. Michael Faraday stabilì relazioni per i processi elettrochimici, che furono chiamate leggi di Faraday dell'elettrolisi. Il primo descrive il rapporto tra la massa della sostanza rilasciata all'elettrodo e la corrente che scorre, e il secondo il rapporto tra la massa di una sostanza in soluzione e rilasciata all'elettrodo, per una certa quantità elettricità.
Elettrodinamica
I primi lavori sono utilizzati in fisica, in particolare nella descrizione del funzionamento di macchine e dispositivi elettrici (trasformatori, motori, ecc.). La legge di Faraday afferma:
Per un circuito, l'EMF indotto è direttamente proporzionale all'entità della velocità del flusso magnetico che si muove attraverso questo circuito con un segno meno.
Questo può essere detto in parole semplici: più velocemente il flusso magnetico si muove attraverso il circuito, più EMF viene generato ai suoi terminali.
La formula è simile a questa:
Qui dФ è il flusso magnetico e dt è un'unità di tempo. È noto che la derivata prima volta è la velocità. Cioè, la velocità di movimento del flusso magnetico in questo caso particolare. A proposito, la sorgente di un campo magnetico (una bobina con una corrente - un elettromagnete o un magnete permanente) e un circuito possono muoversi.
Qui, il flusso può essere espresso dalla seguente formula:
B è il campo magnetico e dS è l'area della superficie.
Se consideriamo una bobina con spire strettamente avvolte, mentre nel numero di spire N, la legge di Faraday appare come segue:
Flusso magnetico nella formula per un giro, misurato in Weber. La corrente che scorre nel circuito è detta induttiva.
L'induzione elettromagnetica è il fenomeno del flusso di corrente in un circuito chiuso sotto l'influenza di un campo magnetico esterno.
Nelle formule sopra avrete notato i segni del modulo, senza di essi ha una forma leggermente diversa, come si diceva nella prima formulazione, con il segno meno.
Il segno meno spiega la regola di Lenz. La corrente che si alza nel circuito crea un campo magnetico, è diretta nella direzione opposta. Questa è una conseguenza della legge di conservazione dell'energia.
La direzione della corrente di induzione può essere determinata dalla regola della mano destra o giunto cardanico, lo abbiamo esaminato in dettaglio sul nostro sito web.
Come già accennato, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, macchine elettriche, trasformatori, generatori e motori, funzionano. L'illustrazione mostra il flusso di corrente nell'avvolgimento dell'indotto sotto l'influenza del campo magnetico dello statore. Nel caso di un generatore, quando il suo rotore ruota per forze esterne, si verifica un EMF negli avvolgimenti del rotore, la corrente genera un campo magnetico diretto nella direzione opposta (lo stesso segno meno nella formula). Maggiore è la corrente consumata dal carico del generatore, maggiore è questo campo magnetico e più difficile è la rotazione.
E viceversa: quando la corrente scorre nel rotore, si verifica un campo che interagisce con il campo dello statore e il rotore inizia a ruotare. Con un carico sull'albero, la corrente nello statore e nel rotore aumenta, mentre è necessario garantire la commutazione degli avvolgimenti, ma questo è un altro argomento legato alla progettazione delle macchine elettriche.
Al centro del funzionamento del trasformatore, la sorgente di un flusso magnetico in movimento è un campo magnetico alternato derivante dal flusso di corrente alternata nell'avvolgimento primario.
Se vuoi studiare il problema in modo più dettagliato, ti consigliamo di guardare il video, che spiega facilmente e facilmente la legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica:
Elettrolisi
Oltre alla ricerca sui campi elettromagnetici e sull'induzione elettromagnetica, lo scienziato ha fatto grandi scoperte in altre discipline, inclusa la chimica.
Quando la corrente scorre attraverso l'elettrolita, gli ioni (positivi e negativi) iniziano a correre agli elettrodi. Quelle negative si muovono verso l'anodo, quelle positive verso il catodo. In questo caso, su uno degli elettrodi viene rilasciata una certa massa di una sostanza, che è contenuta nell'elettrolita.
Faraday condusse esperimenti, facendo passare diverse correnti attraverso l'elettrolita e misurando la massa della sostanza depositata sugli elettrodi, dedusse modelli.
m = k * Q
m è la massa della sostanza, q è la carica e k dipende dalla composizione dell'elettrolita.
E la carica può essere espressa in termini di corrente per un periodo di tempo:
io = q / t, poi q = io * t
Ora puoi determinare la massa della sostanza che verrà rilasciata, conoscendo la corrente e il tempo in cui è passata. Questa è chiamata la prima legge dell'elettrolisi di Faraday.
Seconda legge:
La massa di un elemento chimico che si deposita sull'elettrodo è direttamente proporzionale alla massa equivalente elemento (massa molare divisa per un numero che dipende dalla reazione chimica in cui sostanza).
Considerando quanto sopra, queste leggi sono combinate nella formula:
m è la massa della sostanza che è stata rilasciata in grammi, n è il numero di elettroni trasferiti in processo dell'elettrodo, F = 986485 C / mol - Numero di Faraday, t - tempo in secondi, massa molare M sostanza g/mol.
In realtà, per vari motivi, la massa della sostanza emessa è inferiore a quella calcolata (nel calcolo si tiene conto della corrente che scorre). Il rapporto tra le masse teoriche e reali è chiamato efficienza attuale:
BT = 100% * minsediamento/ mteorica
E infine, ti consigliamo di visualizzare una spiegazione dettagliata della legge di Faraday per l'elettrolisi:
Le leggi di Faraday hanno dato un contributo significativo allo sviluppo della scienza moderna, grazie al suo lavoro, abbiamo motori elettrici e generatori di elettricità (oltre al lavoro dei suoi seguaci). Il lavoro dei campi elettromagnetici e dei fenomeni di induzione elettromagnetica ci ha dato la maggior parte del moderno apparecchiature elettriche, compresi altoparlanti e microfoni, senza le quali è impossibile ascoltare registrazioni e comunicazioni vocali. I processi di elettrolisi sono utilizzati nel metodo di galvanica dei materiali di rivestimento, che ha un valore sia decorativo che pratico.
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