För att beskriva processerna inom fysik och kemi finns ett antal lagar och samband som erhålls experimentellt och genom beräkning. Inte en enda studie kan genomföras utan en preliminär bedömning av processerna genom teoretiska samband. Faradays lagar tillämpas i fysik och kemi, och i den här artikeln kommer vi att försöka att kort och tydligt berätta om alla de berömda upptäckterna av denna stora vetenskapsman.
Innehåll:
- Upptäcktshistoria
- Elektrodynamik
- Elektrolys
Upptäcktshistoria
Faradays lag inom elektrodynamik upptäcktes av två forskare: Michael Faraday och Joseph Henry, men Faraday publicerade resultaten av sitt arbete tidigare - 1831.
I sina demonstrationsexperiment i augusti 1831. han använde en järntorus, på vars motsatta ändar en tråd var lindad (en tråd per sida). Han tillförde ström från ett galvaniskt batteri till ändarna av en av de första ledningarna och kopplade en galvanometer till polerna på den andra. Designen liknade en modern transformator. Med jämna mellanrum slog han på och av spänningen på den första ledningen och observerade skurar på galvanometern.
Galvanometern är ett mycket känsligt instrument för att mäta styrkan i små strömmar.
Således avbildades effekten av det magnetiska fältet som bildas som ett resultat av strömflödet i den första tråden på tillståndet för den andra ledaren. Denna påverkan överfördes från den första till den andra genom kärnan - en metalltorus. Som ett resultat av forskning upptäcktes också påverkan av en permanentmagnet som rör sig i spolen på dess lindning.
Sedan förklarade Faraday fenomenet elektromagnetisk induktion i termer av kraftlinjer. En annan var en anordning för att generera likström: en kopparskiva roterade nära en magnet, och en tråd som glider längs den var en strömavtagare. Denna uppfinning kallas Faraday-skivan.
Forskare från den perioden kände inte igen Faradays idéer, men Maxwell tog forskning till grunden för sin magnetiska teori. År 1836 g. Michael Faraday etablerade relationer för elektrokemiska processer, som kallades Faradays lagar om elektrolys. Den första beskriver förhållandet mellan massan av ämnet som frigörs vid elektroden och den strömmande strömmen, och den andra förhållandet mellan massan av ett ämne i lösning och frigjort vid elektroden, för en viss mängd elektricitet.
Elektrodynamik
De första verken används i fysik, särskilt i beskrivningen av driften av elektriska maskiner och enheter (transformatorer, motorer, etc.). Faradays lag säger:
För en krets är den inducerade EMF direkt proportionell mot storleken på hastigheten på det magnetiska flödet som rör sig genom denna krets med ett minustecken.
Detta kan sägas med enkla ord: ju snabbare det magnetiska flödet rör sig genom kretsen, desto mer EMF genereras vid dess terminaler.
Formeln ser ut så här:
Här är dФ det magnetiska flödet, och dt är en tidsenhet. Det är känt att den första tidsderivatan är hastighet. Det vill säga rörelsehastigheten för det magnetiska flödet i detta speciella fall. Förresten, källan till ett magnetfält (en spole med en ström - en elektromagnet eller en permanent magnet) och en krets kan röra sig.
Här kan flödet uttryckas med följande formel:
B är magnetfältet och dS är ytarean.
Om vi betraktar en spole med hårt lindade varv, med antalet varv N, så ser Faradays lag ut så här:
Magnetiskt flöde i formeln för ett varv, mätt i Weber. Strömmen som flyter i kretsen kallas induktiv.
Elektromagnetisk induktion är fenomenet med strömflöde i en sluten slinga under påverkan av ett externt magnetfält.
I formlerna ovan har du kanske lagt märke till modulens tecken, utan dem har den en något annorlunda form, som det sa i den första formuleringen, med ett minustecken.
Minustecknet förklarar Lenz regel. Strömmen som uppstår i kretsen skapar ett magnetfält, det är riktat i motsatt riktning. Detta är en konsekvens av lagen om energibevarande.
Induktionsströmmens riktning kan bestämmas av högerregeln eller kardan, undersökte vi det i detalj på vår webbplats.
Som redan nämnts, tack vare fenomenet elektromagnetisk induktion, fungerar elektriska maskiner, transformatorer, generatorer och motorer. Illustrationen visar strömflödet i ankarlindningen under påverkan av statorns magnetfält. När det gäller en generator, när dess rotor roterar av yttre krafter, uppstår en EMF i rotorlindningarna, strömmen genererar ett magnetfält riktat i motsatt riktning (samma minustecken i formeln). Ju mer ström som förbrukas av generatorbelastningen, desto större är detta magnetfält, och desto svårare är det att rotera.
Och vice versa - när ström flyter i rotorn uppstår ett fält, som interagerar med statorfältet och rotorn börjar rotera. Med en belastning på axeln ökar strömmen i statorn och i rotorn, medan det är nödvändigt att säkerställa omkoppling av lindningarna, men detta är ett annat ämne relaterat till konstruktionen av elektriska maskiner.
I hjärtat av transformatorns drift är källan till ett rörligt magnetiskt flöde ett växelmagnetiskt fält som uppstår från växelströmsflödet i primärlindningen.
Om du vill studera frågan mer i detalj rekommenderar vi att du tittar på videon, som enkelt och enkelt förklarar Faradays lag för elektromagnetisk induktion:
Elektrolys
Förutom forskning om EMF och elektromagnetisk induktion gjorde forskaren stora upptäckter inom andra discipliner, inklusive kemi.
När ström flyter genom elektrolyten börjar joner (positiva och negativa) att rusa till elektroderna. Negativa rör sig mot anoden, positiva mot katoden. I detta fall frigörs en viss massa av ett ämne på en av elektroderna, som finns i elektrolyten.
Faraday genomförde experiment, passerade olika strömmar genom elektrolyten och mätte massan av ämnet som avsattes på elektroderna, härledda mönster.
m = k * Q
m är ämnets massa, q är laddningen och k beror på elektrolytens sammansättning.
Och avgiften kan uttryckas i termer av strömmen över en tidsperiod:
I = q/t, då q = i * t
Nu kan du bestämma massan av ämnet som kommer att frigöras, med kännedom om strömmen och tiden som den har flödat. Detta kallas Faradays första lag om elektrolys.
Andra lagen:
Massan av ett kemiskt element som sätter sig på elektroden är direkt proportionell mot den ekvivalenta massan grundämne (molmassa dividerad med ett tal som beror på den kemiska reaktionen där ämne).
Med tanke på ovanstående kombineras dessa lagar till formeln:
m är massan av ämnet som frigjordes i gram, n är antalet överförda elektroner i elektrodprocess, F = 986485 C / mol - Faraday-tal, t - tid i sekunder, M molar massa ämne g/mol.
I verkligheten, på grund av olika skäl, är massan av det emitterade ämnet mindre än den beräknade (vid beräkning med hänsyn till den strömmande strömmen). Förhållandet mellan de teoretiska och verkliga massorna kallas strömeffektiviteten:
BT = 100 % * mlösning/ mteori
Och slutligen rekommenderar vi att du tittar på en detaljerad förklaring av Faradays lag för elektrolys:
Faradays lagar gav ett betydande bidrag till utvecklingen av modern vetenskap, tack vare hans arbete har vi elektriska motorer och generatorer av el (liksom hans anhängares arbete). Arbetet med EMF och fenomenen elektromagnetisk induktion gav oss det mesta av det moderna elektrisk utrustning, inklusive högtalare och mikrofoner, utan vilka det är omöjligt att lyssna inspelningar och röstkommunikation. Elektrolysprocesser används i galvaniseringsmetoden för beläggningsmaterial, vilket har både dekorativt och praktiskt värde.
Relaterat material:
- Joule-Lenz lag
- Ledarens motstånds beroende av temperatur
- Ohms lag i enkla ord
