Aby opisać procesy w fizyce i chemii, istnieje szereg praw i zależności uzyskanych eksperymentalnie i obliczeniowo. Żadne badanie nie może być przeprowadzone bez wstępnej oceny procesów według relacji teoretycznych. Prawa Faradaya mają zastosowanie w fizyce i chemii, a w tym artykule postaramy się krótko i wyraźnie opowiedzieć o wszystkich słynnych odkryciach tego wielkiego naukowca.
Zadowolony:
- Historia odkryć
- Elektrodynamika
- Elektroliza
Historia odkryć
Prawo Faradaya w elektrodynamice zostało odkryte przez dwóch naukowców: Michaela Faradaya i Josepha Henry'ego, ale Faraday opublikował wyniki swojej pracy wcześniej - w 1831 roku.
W swoich eksperymentach demonstracyjnych w sierpniu 1831 r. użył żelaznego torusa, na przeciwległych końcach którego nawinięto drut (jeden drut na stronę). Doprowadzał prąd z baterii galwanicznej do końcówek jednego z pierwszych przewodów, a galwanometr do końcówek drugiego. Projekt był podobny do nowoczesnego transformatora. Okresowo włączając i wyłączając napięcie na pierwszym przewodzie, obserwował wybuchy na galwanometrze.
Galwanometr jest bardzo czułym przyrządem do pomiaru siły małych prądów.
W ten sposób przedstawiono wpływ pola magnetycznego powstałego w wyniku przepływu prądu w pierwszym przewodzie na stan drugiego przewodnika. Uderzenie to było przenoszone z pierwszego na drugie przez rdzeń - metalowy torus. W wyniku badań odkryto również wpływ poruszającego się w cewce magnesu trwałego na jej uzwojenie.
Następnie Faraday wyjaśnił zjawisko indukcji elektromagnetycznej za pomocą linii sił. Innym było urządzenie do generowania prądu stałego: miedziany dysk obracający się w pobliżu magnesu, a przesuwający się po nim drut był kolektorem prądu. Ten wynalazek nazywa się dyskiem Faradaya.
Naukowcy z tamtego okresu nie uznawali idei Faradaya, ale Maxwell oparł badania na podstawach swojej teorii magnetycznej. W 1836 r. Michael Faraday ustalił zależności dotyczące procesów elektrochemicznych, które nazwano Prawami Elektrolizy Faradaya. Pierwsza opisuje stosunek masy substancji uwolnionej na elektrodzie i przepływającego prądu, a druga stosunek masy substancji w roztworze i uwolnionej na elektrodzie dla określonej ilości Elektryczność.
Elektrodynamika
Pierwsze prace są wykorzystywane w fizyce, a konkretnie w opisie działania maszyn i urządzeń elektrycznych (transformatory, silniki itp.). Prawo Faradaya stanowi:
W przypadku obwodu indukowana siła elektromotoryczna jest wprost proporcjonalna do wielkości prędkości strumienia magnetycznego, który przepływa przez ten obwód ze znakiem minus.
Można to powiedzieć w prostych słowach: im szybciej strumień magnetyczny przepływa przez obwód, tym więcej pola elektromagnetycznego jest generowane na jego zaciskach.
Formuła wygląda tak:
Tutaj dФ to strumień magnetyczny, a dt to jednostka czasu. Wiadomo, że pierwszą pochodną czasową jest prędkość. To znaczy prędkość ruchu strumienia magnetycznego w tym konkretnym przypadku. Nawiasem mówiąc, źródło pola magnetycznego (cewka z prądem - elektromagnes lub magnes trwały) i obwód mogą się poruszać.
Tutaj przepływ można wyrazić wzorem:
B to pole magnetyczne, a dS to pole powierzchni.
Jeśli weźmiemy pod uwagę cewkę z ciasno nawiniętymi zwojami, a w liczbie zwojów N, to prawo Faradaya wygląda następująco:
Strumień magnetyczny we wzorze na jeden obrót, mierzony w Weber. Prąd płynący w obwodzie nazywany jest indukcyjnym.
Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko przepływu prądu w zamkniętej pętli pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego.
W powyższych wzorach mogłeś zauważyć znaki modułu, bez nich ma on nieco inną formę, tak jak zostało powiedziane w pierwszym sformułowaniu, ze znakiem minus.
Znak minus wyjaśnia zasadę Lenza. Prąd powstający w obwodzie wytwarza pole magnetyczne, jest skierowany w przeciwnym kierunku. Wynika to z prawa zachowania energii.
Kierunek prądu indukcyjnego można określić za pomocą reguły prawej ręki lub gimbal, przeanalizowaliśmy to szczegółowo na naszej stronie internetowej.
Jak już wspomniano, dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej pracują maszyny elektryczne, transformatory, generatory i silniki. Ilustracja przedstawia przepływ prądu w uzwojeniu twornika pod wpływem pola magnetycznego stojana. W przypadku generatora, gdy jego wirnik obraca się pod wpływem sił zewnętrznych, w uzwojeniach wirnika powstaje pole elektromagnetyczne, prąd wytwarza pole magnetyczne skierowane w przeciwnym kierunku (ten sam znak minus we wzorze). Im więcej prądu pobiera obciążenie generatora, tym większe jest to pole magnetyczne i tym trudniej się obraca.
I odwrotnie - gdy w wirniku płynie prąd, powstaje pole, które oddziałuje z polem stojana i wirnik zaczyna się obracać. Przy obciążeniu wału prąd w stojanie i wirniku wzrasta, podczas gdy konieczne jest zapewnienie przełączania uzwojeń, ale to kolejny temat związany z konstrukcją maszyn elektrycznych.
W sercu działania transformatora źródłem poruszającego się strumienia magnetycznego jest przemienne pole magnetyczne powstające w wyniku przepływu prądu przemiennego w uzwojeniu pierwotnym.
Jeśli chcesz bardziej szczegółowo zbadać problem, zalecamy obejrzenie filmu, który w łatwy i łatwy sposób wyjaśnia prawo Faradaya dotyczące indukcji elektromagnetycznej:
Elektroliza
Oprócz badań nad polami elektromagnetycznymi i indukcją elektromagnetyczną naukowiec dokonał wielkich odkryć w innych dyscyplinach, w tym w chemii.
Kiedy prąd przepływa przez elektrolit, jony (dodatnie i ujemne) zaczynają pędzić do elektrod. Ujemne przesuwają się w kierunku anody, dodatnie w kierunku katody. W takim przypadku pewna masa substancji jest uwalniana na jednej z elektrod, która jest zawarta w elektrolicie.
Faraday przeprowadził eksperymenty, przepuszczając przez elektrolit różne prądy i mierząc masę substancji osadzonej na elektrodach, wyprowadzając wzory.
m = k * Q
m to masa substancji, q to ładunek, a k zależy od składu elektrolitu.
A opłata może być wyrażona w postaci prądu w okresie czasu:
ja = q / t, następnie q = ja * t
Teraz możesz określić masę substancji, która zostanie uwolniona, znając prąd i czas, w którym płynie. Nazywa się to pierwszym prawem elektrolizy Faradaya.
Drugie prawo:
Masa pierwiastka chemicznego, który osadza się na elektrodzie, jest wprost proporcjonalna do masy równoważnej pierwiastek (masa molowa podzielona przez liczbę zależną od reakcji chemicznej, w której substancja).
Biorąc powyższe pod uwagę, prawa te łączy się we wzór:
m to masa substancji, która została uwolniona w gramach, n to liczba przeniesionych elektronów w proces elektrodowy, F = 986485 C/mol - liczba Faradaya, t - czas w sekundach, M masa molowa substancja g / mol.
W rzeczywistości, z różnych przyczyn, masa emitowanej substancji jest mniejsza od obliczonej (przy obliczaniu z uwzględnieniem przepływającego prądu). Stosunek mas teoretycznych i rzeczywistych nazywamy wydajnością prądową:
bT = 100% * mosada/ mteoria
I na koniec zalecamy zapoznanie się ze szczegółowym wyjaśnieniem prawa Faradaya dla elektrolizy:
Prawa Faradaya wniosły znaczący wkład w rozwój współczesnej nauki, dzięki jego pracy mamy silniki elektryczne i generatory elektryczności (a także pracę jego naśladowców). Praca pola elektromagnetycznego i zjawiska indukcji elektromagnetycznej dały nam najwięcej nowoczesnych sprzęt elektryczny, w tym głośniki i mikrofony, bez których nie da się słuchać nagrania i komunikacja głosowa. W galwanicznej metodzie powlekania materiałów stosuje się procesy elektrolizy, co ma wartość zarówno dekoracyjną, jak i praktyczną.
Powiązane materiały:
- Prawo Joule'a-Lenza
- Zależność rezystancji przewodnika od temperatury
- Prawo Ohma w prostych słowach
