For å beskrive prosessene i fysikk og kjemi finnes det en rekke lover og sammenhenger oppnådd eksperimentelt og ved beregning. Ikke en eneste studie kan gjennomføres uten en foreløpig vurdering av prosessene ved teoretiske sammenhenger. Faradays lover brukes i fysikk og kjemi, og i denne artikkelen vil vi prøve å kort og tydelig fortelle deg om alle de berømte oppdagelsene til denne store vitenskapsmannen.
Innhold:
- Oppdagelseshistorie
- Elektrodynamikk
- Elektrolyse
Oppdagelseshistorie
Faradays lov innen elektrodynamikk ble oppdaget av to forskere: Michael Faraday og Joseph Henry, men Faraday publiserte resultatene av arbeidet sitt tidligere - i 1831.
I sine demonstrasjonseksperimenter i august 1831. han brukte en jerntorus, på den motsatte enden av hvilken en tråd ble viklet (en tråd per side). Han leverte strøm fra et galvanisk batteri til endene av en av de første ledningene, og koblet et galvanometer til terminalene på den andre. Designet var lik en moderne transformator. Med jevne mellomrom skru av og på spenningen på den første ledningen, observerte han utbrudd på galvanometeret.
Galvanometeret er et svært følsomt instrument for å måle styrken til små strømmer.
Dermed ble effekten av magnetfeltet dannet som et resultat av strømmen i den første ledningen på tilstanden til den andre lederen avbildet. Denne innvirkningen ble overført fra den første til den andre gjennom kjernen - en metalltorus. Som et resultat av forskning ble også påvirkningen av en permanent magnet som beveger seg i spolen på viklingen oppdaget.
Så forklarte Faraday fenomenet elektromagnetisk induksjon i form av kraftlinjer. En annen var en enhet for å generere likestrøm: en kobberskive roterte nær en magnet, og en ledning som glir langs den var en strømsamler. Denne oppfinnelsen kalles Faraday-disken.
Forskere fra den perioden anerkjente ikke Faradays ideer, men Maxwell tok forskning på grunnlaget for hans magnetiske teori. I 1836 g. Michael Faraday etablerte relasjoner for elektrokjemiske prosesser, som ble kalt Faradays lover om elektrolyse. Den første beskriver forholdet mellom massen av stoffet som frigjøres ved elektroden og den flytende strømmen, og den andre forholdet mellom massen av et stoff i løsning og frigjort ved elektroden, for en viss mengde elektrisitet.
Elektrodynamikk
De første verkene brukes i fysikk, spesielt i beskrivelsen av driften av elektriske maskiner og enheter (transformatorer, motorer, etc.). Faradays lov sier:
For en krets er den induserte EMF direkte proporsjonal med størrelsen på hastigheten til den magnetiske fluksen som beveger seg gjennom denne kretsen med et minustegn.
Dette kan sies med enkle ord: jo raskere den magnetiske fluksen beveger seg gjennom kretsen, jo mer EMF genereres ved terminalene.
Formelen ser slik ut:
Her er dФ den magnetiske fluksen, og dt er en tidsenhet. Det er kjent at den første gangsderivatet er hastighet. Det vil si bevegelseshastigheten til den magnetiske fluksen i dette spesielle tilfellet. Forresten, kilden til et magnetfelt (en spole med en strøm - en elektromagnet eller en permanent magnet) og en krets kan bevege seg.
Her kan flyten uttrykkes med følgende formel:
B er magnetfeltet og dS er overflatearealet.
Hvis vi vurderer en spole med tett viklede svinger, med antall omdreininger N, så ser Faradays lov slik ut:
Magnetisk fluks i formelen for en omgang, målt i Weber. Strømmen som flyter i kretsen kalles induktiv.
Elektromagnetisk induksjon er fenomenet strømflyt i en lukket sløyfe under påvirkning av et eksternt magnetfelt.
I formlene ovenfor har du kanskje lagt merke til modulens tegn, uten dem har den en litt annen form, slik det ble sagt i den første formuleringen, med et minustegn.
Minustegnet forklarer Lenz sin regel. Strømmen som oppstår i kretsen skaper et magnetfelt, det er rettet i motsatt retning. Dette er en konsekvens av loven om bevaring av energi.
Retningen til induksjonsstrømmen kan bestemmes av høyrehåndsregelen eller gimbal, undersøkte vi det i detalj på nettstedet vårt.
Som allerede nevnt, takket være fenomenet elektromagnetisk induksjon, fungerer elektriske maskiner, transformatorer, generatorer og motorer. Illustrasjonen viser strømmen i armaturviklingen under påvirkning av statormagnetfeltet. Når det gjelder en generator, når rotoren roterer av ytre krefter, oppstår en EMF i rotorviklingene, strømmen genererer et magnetfelt rettet i motsatt retning (samme minustegnet i formelen). Jo mer strøm som forbrukes av generatorbelastningen, jo større er dette magnetfeltet, og jo vanskeligere er det å rotere.
Og omvendt - når det går strøm i rotoren, oppstår et felt, som samhandler med statorfeltet og rotoren begynner å rotere. Med en belastning på akselen øker strømmen i statoren og i rotoren, mens det er nødvendig å sikre bytte av viklingene, men dette er et annet tema knyttet til utformingen av elektriske maskiner.
I hjertet av driften av transformatoren er kilden til den bevegelige magnetiske fluksen et vekslende magnetfelt som oppstår fra strømmen av vekselstrøm i primærviklingen.
Hvis du vil studere problemstillingen mer detaljert, anbefaler vi å se videoen, som enkelt og greit forklarer Faradays lov for elektromagnetisk induksjon:
Elektrolyse
I tillegg til forskning på EMF og elektromagnetisk induksjon, gjorde forskeren store funn innen andre fagområder, inkludert kjemi.
Når strømmen flyter gjennom elektrolytten, begynner ioner (positive og negative) å skynde seg til elektrodene. Negative beveger seg mot anoden, positive mot katoden. I dette tilfellet frigjøres en viss masse av et stoff på en av elektrodene, som er inneholdt i elektrolytten.
Faraday utførte eksperimenter, passerte forskjellige strømmer gjennom elektrolytten og målte massen av stoffet avsatt på elektrodene, utledet mønstre.
m = k * Q
m er massen til stoffet, q er ladningen, og k avhenger av sammensetningen av elektrolytten.
Og ladningen kan uttrykkes i form av strømmen over en periode:
I = q/t, deretter q = i * t
Nå kan du bestemme massen til stoffet som skal frigjøres, kjenne til strømmen og tiden det har strømmet. Dette kalles Faradays første lov om elektrolyse.
Andre lov:
Massen til et kjemisk grunnstoff som legger seg på elektroden er direkte proporsjonal med den ekvivalente massen grunnstoff (molar masse delt på et tall som avhenger av den kjemiske reaksjonen der substans).
I lys av ovenstående er disse lovene kombinert til formelen:
m er massen av stoffet som ble frigjort i gram, n er antall overførte elektroner i elektrodeprosess, F = 986485 C / mol - Faraday-tall, t - tid i sekunder, M molar masse stoff g/mol.
I virkeligheten, på grunn av forskjellige årsaker, er massen til det utsendte stoffet mindre enn den beregnede (når man beregner den flytende strømmen). Forholdet mellom de teoretiske og reelle massene kalles strømeffektiviteten:
BT = 100 % * mbosetting/ mteori
Og til slutt anbefaler vi at du ser en detaljert forklaring av Faradays lov for elektrolyse:
Faradays lover ga et betydelig bidrag til utviklingen av moderne vitenskap, takket være hans arbeid har vi elektriske motorer og generatorer av elektrisitet (så vel som arbeidet til hans tilhengere). Arbeidet med EMF og fenomenene elektromagnetisk induksjon ga oss det meste av det moderne elektrisk utstyr, inkludert høyttalere og mikrofoner, uten hvilke det er umulig å lytte opptak og talekommunikasjon. Elektrolyseprosesser brukes i galvaniseringsmetoden for beleggmaterialer, som har både dekorativ og praktisk verdi.
Relatert materiale:
- Joule-Lenz lov
- Avhengigheten av motstanden til lederen på temperaturen
- Ohms lov i enkle ord