Para descrever os processos em física e química, existem várias leis e relações obtidas experimentalmente e por cálculo. Nenhum estudo pode ser realizado sem uma avaliação preliminar dos processos por relações teóricas. As leis de Faraday são aplicadas na física e na química e, neste artigo, tentaremos falar de maneira breve e clara sobre todas as famosas descobertas desse grande cientista.
Contente:
- História de descoberta
- Eletrodinâmica
- Eletrólise
História de descoberta
A lei de Faraday na eletrodinâmica foi descoberta por dois cientistas: Michael Faraday e Joseph Henry, mas Faraday publicou os resultados de seu trabalho antes - em 1831.
Em seus experimentos de demonstração em agosto de 1831. ele usou um toro de ferro, nas extremidades opostas do qual um fio foi enrolado (um fio de cada lado). Ele forneceu energia de uma bateria galvânica às pontas de um dos primeiros fios e conectou um galvanômetro aos terminais do segundo. O design era semelhante a um transformador moderno. Ligando e desligando periodicamente a tensão no primeiro fio, ele observou rajadas no galvanômetro.
O galvanômetro é um instrumento altamente sensível para medir a força de pequenas correntes.
Assim, foi representado o efeito do campo magnético formado em decorrência do fluxo de corrente do primeiro fio sobre o estado do segundo condutor. Este impacto foi transmitido do primeiro para o segundo através do núcleo - um toro metálico. Como resultado de pesquisas, também foi descoberta a influência de um ímã permanente que se move na bobina em seu enrolamento.
Em seguida, Faraday explicou o fenômeno da indução eletromagnética em termos de linhas de força. Outro era um dispositivo para gerar corrente contínua: um disco de cobre girado próximo a um ímã e um fio deslizando ao longo dele era um coletor de corrente. Esta invenção é chamada de disco de Faraday.
Os cientistas daquele período não reconheceram as idéias de Faraday, mas Maxwell fez pesquisas com base em sua teoria magnética. Em 1836 g. Michael Faraday estabeleceu relações para processos eletroquímicos, que foram chamados de Leis da Eletrólise de Faraday. O primeiro descreve a relação entre a massa da substância liberada no eletrodo e a corrente que flui, e o segundo a proporção da massa de uma substância em solução e liberada no eletrodo, para uma certa quantidade eletricidade.
Eletrodinâmica
Os primeiros trabalhos são utilizados na física, especificamente na descrição do funcionamento de máquinas e dispositivos elétricos (transformadores, motores, etc.). A lei de Faraday declara:
Para um circuito, o EMF induzido é diretamente proporcional à magnitude da velocidade do fluxo magnético que se move através deste circuito com um sinal negativo.
Isso pode ser dito em palavras simples: quanto mais rápido o fluxo magnético se move através do circuito, mais EMF é gerado em seus terminais.
A fórmula é semelhante a esta:
Aqui dФ é o fluxo magnético e dt é uma unidade de tempo. Sabe-se que a primeira derivada de tempo é a velocidade. Ou seja, a velocidade de movimento do fluxo magnético neste caso particular. A propósito, a fonte de um campo magnético (uma bobina com uma corrente - um eletroímã ou um ímã permanente) e um circuito podem se mover.
Aqui, o fluxo pode ser expresso pela seguinte fórmula:
B é o campo magnético e dS é a área de superfície.
Se considerarmos uma bobina com voltas firmemente enroladas, com o número de voltas N, então a lei de Faraday se parece com esta:
Fluxo magnético na fórmula de uma volta, medido em Weber. A corrente que flui no circuito é chamada de indutiva.
A indução eletromagnética é o fenômeno do fluxo de corrente em um circuito fechado sob a influência de um campo magnético externo.
Nas fórmulas acima, você deve ter notado os sinais do módulo, sem eles ele tem uma forma um pouco diferente, como foi dito na primeira formulação, com um sinal de menos.
O sinal de menos explica a regra de Lenz. A corrente que surge no circuito cria um campo magnético, é direcionado na direção oposta. Esta é uma consequência da lei de conservação de energia.
A direção da corrente de indução pode ser determinada pela regra da mão direita ou gimbal, nós o examinamos detalhadamente em nosso site.
Como já mencionado, graças ao fenômeno da indução eletromagnética, máquinas elétricas, transformadores, geradores e motores funcionam. A ilustração mostra o fluxo de corrente no enrolamento da armadura sob a influência do campo magnético do estator. No caso de um gerador, quando seu rotor gira por forças externas, surge um EMF nos enrolamentos do rotor, a corrente gera um campo magnético direcionado na direção oposta (o mesmo sinal negativo da fórmula). Quanto mais corrente é consumida pela carga do gerador, maior é o campo magnético e mais difícil é para girar.
E vice-versa - quando a corrente flui no rotor, surge um campo, que interage com o campo do estator e o rotor começa a girar. Com uma carga no eixo, a corrente no estator e no rotor aumenta, ao passo que é necessário garantir o chaveamento dos enrolamentos, mas esse é outro assunto relacionado ao projeto de máquinas elétricas.
No centro da operação do transformador, a fonte de um fluxo magnético em movimento é um campo magnético alternado que surge do fluxo de corrente alternada no enrolamento primário.
Se você quiser estudar o assunto com mais detalhes, recomendamos assistir ao vídeo, que explica de forma fácil e fácil a lei de Faraday para a indução eletromagnética:
Eletrólise
Além de pesquisas sobre CEM e indução eletromagnética, o cientista fez grandes descobertas em outras disciplinas, incluindo química.
Quando a corrente flui através do eletrólito, os íons (positivos e negativos) começam a correr para os eletrodos. Os negativos se movem em direção ao ânodo, os positivos em direção ao cátodo. Nesse caso, uma certa massa de uma substância é liberada em um dos eletrodos, que está contido no eletrólito.
Faraday conduziu experimentos, passando diferentes correntes pelo eletrólito e medindo a massa da substância depositada nos eletrodos, padrões deduzidos.
m = k * Q
m é a massa da substância, q é a carga ek depende da composição do eletrólito.
E a carga pode ser expressa em termos de corrente ao longo de um período de tempo:
I = q / t, então q = i * t
Agora você pode determinar a massa da substância que será liberada, sabendo a corrente e o tempo que ela fluiu. Isso é chamado de Primeira Lei da Eletrólise de Faraday.
Segunda lei:
A massa de um elemento químico que se deposita no eletrodo é diretamente proporcional à massa equivalente elemento (massa molar dividida por um número que depende da reação química em que substância).
Considerando o acima, essas leis são combinadas na fórmula:
m é a massa da substância que foi liberada em gramas, n é o número de elétrons transferidos em processo do eletrodo, F = 986485 C / mol - número de Faraday, t - tempo em segundos, massa molar M substância g / mol.
Na realidade, por diversos motivos, a massa da substância emitida é menor do que a calculada (ao se calcular levando em consideração o fluxo de corrente). A relação entre as massas teóricas e reais é chamada de eficiência de corrente:
BT = 100% * mpovoado/ mteore
E, finalmente, recomendamos que você veja uma explicação detalhada da lei de Faraday para eletrólise:
As leis de Faraday deram uma contribuição significativa para o desenvolvimento da ciência moderna, graças ao seu trabalho, temos motores elétricos e geradores de eletricidade (assim como o trabalho de seus seguidores). O trabalho de EMF e os fenômenos de indução eletromagnética nos deram a maior parte do moderno equipamentos elétricos, incluindo alto-falantes e microfones, sem os quais é impossível ouvir gravações e comunicação de voz. Os processos de eletrólise são usados no método de galvanoplastia de materiais de revestimento, que tem valor decorativo e prático.
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