Lai aprakstītu procesus fizikā un ķīmijā, ir vairāki likumi un sakarības, kas iegūtas eksperimentāli un aprēķinos. Nevienu pētījumu nevar veikt bez iepriekšēja procesu novērtējuma pēc teorētiskām sakarībām. Faradeja likumi tiek piemēroti fizikā un ķīmijā, un šajā rakstā mēs centīsimies īsi un skaidri pastāstīt par visiem šī lieliskā zinātnieka slavenajiem atklājumiem.
Saturs:
- Atklājumu vēsture
- Elektrodinamika
- Elektrolīze
Atklājumu vēsture
Faradeja likumu elektrodinamikā atklāja divi zinātnieki: Maikls Faradejs un Džozefs Henrijs, bet Faradejs sava darba rezultātus publicēja agrāk – 1831. gadā.
Savos demonstrācijas eksperimentos 1831. gada augustā. viņš izmantoja dzelzs toru, kura pretējos galos bija uztīts vads (viens vads katrā pusē). Viņš piegādāja strāvu no galvaniskā akumulatora uz viena no pirmā vada galiem un pievienoja galvanometru pie otrā spailēm. Dizains bija līdzīgs mūsdienu transformatoram. Periodiski ieslēdzot un izslēdzot pirmā vada spriegumu, viņš novēroja galvanometra pārrāvumus.
Galvanometrs ir ļoti jutīgs instruments mazu strāvu stipruma mērīšanai.
Tādējādi tika attēlota magnētiskā lauka, kas veidojas strāvas plūsmas rezultātā pirmajā vadā, ietekme uz otrā vadītāja stāvokli. Šis trieciens tika pārnests no pirmā uz otro caur serdi - metāla toru. Pētījumu rezultātā tika atklāta arī pastāvīgā magnēta, kas kustas spolē, ietekme uz tās tinumu.
Tad Faradejs izskaidroja elektromagnētiskās indukcijas fenomenu spēka līniju izteiksmē. Vēl viena bija ierīce līdzstrāvas ģenerēšanai: magnēta tuvumā rotēja vara disks, un pa to slīdošais vads bija strāvas savācējs. Šo izgudrojumu sauc par Faradeja disku.
Tā laika zinātnieki Faradeja idejas neatzina, bet Maksvels pētījumos izmantoja savas magnētiskās teorijas pamatus. 1836 g. Maikls Faradejs izveidoja attiecības elektroķīmiskos procesos, ko sauca par Faradeja elektrolīzes likumiem. Pirmais apraksta pie elektroda izdalītās vielas masas un plūstošās strāvas attiecību, bet otrais vielas masas attiecība šķīdumā un izdalās pie elektroda, noteiktam daudzumam elektrība.
Elektrodinamika
Pirmie darbi tiek izmantoti fizikā, konkrēti elektrisko mašīnu un ierīču (transformatoru, motoru u.c.) darbības aprakstā. Faradeja likums nosaka:
Ķēdei inducētais EML ir tieši proporcionāls magnētiskās plūsmas ātruma lielumam, kas pārvietojas pa šo ķēdi ar mīnusa zīmi.
To var pateikt vienkāršiem vārdiem: jo ātrāk magnētiskā plūsma pārvietojas pa ķēdi, jo vairāk EMF tiek ģenerēts tās spailēs.
Formula izskatās šādi:
Šeit dФ ir magnētiskā plūsma, un dt ir laika vienība. Ir zināms, ka pirmais atvasinājums ir ātrums. Tas ir, magnētiskās plūsmas kustības ātrums šajā konkrētajā gadījumā. Starp citu, var pārvietoties magnētiskā lauka avots (spole ar strāvu - elektromagnēts vai pastāvīgais magnēts) un ķēde.
Šeit plūsmu var izteikt ar šādu formulu:
B ir magnētiskais lauks un dS ir virsmas laukums.
Ja ņemam vērā spoli ar cieši savītiem pagriezieniem, savukārt apgriezienu skaitā N, tad Faradeja likums izskatās šādi:
Magnētiskā plūsma formulā vienam pagriezienam, mēra Vēberā. Strāvu, kas plūst ķēdē, sauc par induktīvu.
Elektromagnētiskā indukcija ir strāvas plūsma slēgtā kontūrā ārējā magnētiskā lauka ietekmē.
Iepriekš minētajās formulās jūs, iespējams, pamanījāt moduļa zīmes, bez tām tam ir nedaudz atšķirīga forma, kā tas tika teikts pirmajā formulējumā, ar mīnusa zīmi.
Mīnusa zīme izskaidro Lenca likumu. Strāva, kas rodas ķēdē, rada magnētisko lauku, tā tiek virzīta pretējā virzienā. Tās ir enerģijas nezūdamības likuma sekas.
Indukcijas strāvas virzienu var noteikt ar labās rokas likumu vai kardāns, mēs to detalizēti izskatījām savā vietnē.
Kā jau minēts, pateicoties elektromagnētiskās indukcijas fenomenam, darbojas elektriskās mašīnas, transformatori, ģeneratori un motori. Attēlā parādīta strāvas plūsma armatūras tinumā statora magnētiskā lauka ietekmē. Ģeneratora gadījumā, kad tā rotors griežas ar ārējiem spēkiem, rotora tinumos rodas EML, strāva rada pretējā virzienā vērstu magnētisko lauku (tā pati mīnusa zīme formulā). Jo vairāk strāvas patērē ģeneratora slodze, jo lielāks ir šis magnētiskais lauks, un jo grūtāk to pagriezt.
Un otrādi - kad rotorā plūst strāva, rodas lauks, kas mijiedarbojas ar statora lauku un rotors sāk griezties. Noslogojot vārpstu, palielinās strāva statorā un rotorā, savukārt ir jānodrošina tinumu pārslēgšana, bet šī ir vēl viena tēma, kas saistīta ar elektrisko mašīnu konstrukciju.
Transformatora darbības pamatā kustīgas magnētiskās plūsmas avots ir mainīgs magnētiskais lauks, kas rodas no maiņstrāvas plūsmas primārajā tinumā.
Ja vēlaties izpētīt šo jautājumu sīkāk, iesakām noskatīties video, kurā viegli un viegli izskaidrots Faradeja likums par elektromagnētisko indukcijas spēju:
Elektrolīze
Papildus pētījumiem par EML un elektromagnētisko indukciju zinātnieks veica lieliskus atklājumus citās disciplīnās, tostarp ķīmijā.
Kad strāva plūst caur elektrolītu, joni (pozitīvie un negatīvie) sāk plūst uz elektrodiem. Negatīvie virzās uz anodu, pozitīvi uz katodu. Šajā gadījumā uz viena no elektrodiem izdalās noteikta vielas masa, kas atrodas elektrolītā.
Faradejs veica eksperimentus, izlaižot dažādas strāvas caur elektrolītu un izmērot uz elektrodiem nogulsnētās vielas masu, secināja modeļus.
m = k * Q
m ir vielas masa, q ir lādiņš, un k ir atkarīgs no elektrolīta sastāva.
Un maksu var izteikt kā strāvu noteiktā laika periodā:
I = q / t, tad q = i * t
Tagad jūs varat noteikt izdalītās vielas masu, zinot strāvu un laiku, kad tā ir gājusi. To sauc par Faradeja pirmo elektrolīzes likumu.
Otrais likums:
Ķīmiskā elementa masa, kas nosēžas uz elektroda, ir tieši proporcionāla ekvivalentai masai elements (molmasa dalīta ar skaitli, kas ir atkarīgs no ķīmiskās reakcijas, kurā viela).
Ņemot vērā iepriekš minēto, šie likumi ir apvienoti formulā:
m ir izdalītās vielas masa gramos, n ir pārnesto elektronu skaits elektrodu process, F = 986485 C / mol - Faradeja skaitlis, t - laiks sekundēs, M molārā masa viela g / mol.
Realitātē dažādu iemeslu dēļ emitētās vielas masa ir mazāka par aprēķināto (aprēķinot, ņemot vērā plūstošo strāvu). Teorētiskās un reālās masas attiecību sauc par strāvas efektivitāti:
BT = 100% * mnorēķinu/ mteorija
Visbeidzot, mēs iesakām skatīt detalizētu Faradeja elektrolīzes likuma skaidrojumu:
Faradeja likumi sniedza būtisku ieguldījumu mūsdienu zinātnes attīstībā, pateicoties viņa darbam, mums ir elektromotori un elektroenerģijas ģeneratori (kā arī viņa sekotāju darbs). EML darbs un elektromagnētiskās indukcijas parādības deva mums lielāko daļu mūsdienu elektriskās iekārtas, tostarp skaļruņi un mikrofoni, bez kuriem nav iespējams klausīties ieraksti un balss sakari. Pārklājuma materiālu galvanizācijas metodē tiek izmantoti elektrolīzes procesi, kam ir gan dekoratīva, gan praktiska vērtība.
Saistītie materiāli:
- Džoula-Lenca likums
- Vadītāja pretestības atkarība no temperatūras
- Oma likums vienkāršos vārdos
