Faradayovy zákony v chemii a fyzice - stručné vysvětlení jednoduchých slov
Objev příběhu
Faradayův zákon v elektrodynamice objevili dva vědci: Michael Faraday a Joseph Henry, ale Faraday zveřejnil výsledky své práce dříve - v roce 1831.
Ve svých demonstračních experimentech v srpnu 1831 použil železný torus, na jehož opačných koncích byl drát navinut (jeden drát na stranu). Napájel na konce prvního drátu galvanickou baterii a připojil galvanometr ke svorkám druhého. Návrh byl podobný modernímu transformátoru. Pravidelně zapínal a vypínal napětí na prvním drátu a pozoroval rázy na galvanometru.
Galvanometr je vysoce citlivý přístroj pro měření síly malých proudů.
Tímto způsobem byl zobrazen účinek magnetického pole generovaného tokem proudu v prvním drátu na stav druhého vodiče. Tento efekt byl přenášen z prvního do druhého přes jádro - kovový torus. V důsledku výzkumu byl také objeven vliv permanentního magnetu, který se pohybuje v cívce, na jeho vinutí.
Faraday pak vysvětlil fenomén elektromagnetické indukce z hlediska silových čar. Další byla instalace pro generování stejnosměrného proudu: měděný disk se točil kolem magnetu a drát klouzající podél něj byl sběrač proudu. Tento vynález se nazývá Faradayův disk.
Vědci té doby neuznali Faradayovy myšlenky, ale Maxwell vzal výzkum na základě své magnetické teorie. V 1836, Michael Faraday navázal vztahy pro electrochemical procesy, který byl nazýván zákony elektrolýzy Faraday. První popisuje poměry hmoty látky přidělené na elektrodě a tekoucího proudu a druhá popisuje poměry hmoty látky v roztoku a proudu přiděleného elektrodě pro určité množství elektřiny.
Elektrodynamika
První práce se používají ve fyzice, konkrétně v popisu provozu elektrických strojů a přístrojů (transformátory, motory atd.). Faradayův zákon uvádí:
Pro obvod je indukovaný EMF přímo úměrný velikosti rychlosti magnetického toku, který se v tomto obvodu pohybuje znaménkem mínus.
To lze říci jednoduchými slovy: čím rychleji se magnetický tok pohybuje obvodem, tím více emf je generováno na jeho terminálech.
Vzorec je následující:
Zde dF je magnetický tok a dt je jednotka času. Je známo, že první derivací je rychlost.To znamená v tomto konkrétním případě rychlost pohybu magnetického toku. Mimochodem, může se pohybovat jako zdroj magnetického pole (cívka s proudem - elektromagnet nebo permanentní magnet) a obvod.
Zde lze tok vyjádřit pomocí následujícího vzorce:
B je magnetické pole a dS je povrchová plocha.
Pokud vezmeme v úvahu cívku s pevně navinutými zatáčkami, zatímco v počtu zatáček N je Faradayův zákon následující:
Magnetický tok v jednootáčkovém vzorci, měřeno ve Weberu. Proud tekoucí v obvodu se nazývá indukce.
Elektromagnetická indukce je jev toku proudu v uzavřeném obvodu pod vlivem vnějšího magnetického pole.
Ve vzorcích výše si můžete všimnout příznaků modulu, aniž by to mělo mírně odlišný vzhled, jak bylo řečeno v první formulaci, se znaménkem mínus.
Znaménko mínus vysvětluje Lenzovo pravidlo. Proud vznikající v obvodu vytváří magnetické pole, je směřováno naproti. To je důsledek zákona o zachování energie.
Směr indukčního proudu může být určen pravidlem pravé ruky nebo nebozez, podrobně jsme ji prozkoumali na našem webu.
Jak již bylo zmíněno, vzhledem k fenoménu elektromagnetické indukce pracují elektrické stroje, transformátory, generátory a motory. Obrázek ukazuje tok proudu ve vinutí kotvy pod vlivem magnetického pole statoru. V případě generátoru, když se rotor otáčí vnějšími silami, objeví se v rotorových vinutích EMF, proud generuje magnetické pole namířené v opačném směru (stejné znaménko mínus ve vzorci). Čím větší je proud spotřebovaný zátěží generátoru, tím větší je magnetické pole a obtížnější je jeho rotace.
A naopak - když proud proudí v rotoru, objeví se pole, které interaguje se statorovým polem a rotor se začne otáčet. Při zatížení na hřídeli musí být zajištěn proud ve statoru a v rotoru při přepínání vinutí, ale to je další téma související s konstrukcí elektrických strojů.
Ve středu činnosti transformátoru je zdrojem pohybujícího se magnetického toku střídavé magnetické pole vznikající z proudu střídavého proudu v primárním vinutí.
Chcete-li problém podrobněji prostudovat, doporučujeme vám sledovat video, na kterém lze snadno a snadno popsat Faradayův zákon o elektromagnetické indukci:
Elektrolýza
Kromě výzkumu EMF a elektromagnetické indukce vědec objevil velké objevy v jiných oborech, včetně chemie.
Když proud protéká elektrolytem, ionty (kladné i záporné) začnou spěchat k elektrodám. Negativní přechod na anodu, pozitivní na katodu. Současně se na jedné z elektrod uvolní určitá hmotnost látky obsažené v elektrolytu.
Faraday provedl experimenty, prošel odlišným proudem elektrolytem a změřil hmotnost látky uložené na elektrodách a odvodil vzorce.
m = k * Q
m je hmotnost látky, q je náboj a k je závislé na složení elektrolytu.
Poplatek lze vyjádřit z hlediska proudu za určité časové období:
I = q / tpak q = i * t
Nyní můžete určit hmotnost látky, která bude uvolněna, s vědomím aktuálního a času, který protéká. Tomu se říká první zákon Faradayovy elektrolýzy.
Druhý zákon:
Hmotnost chemického prvku, který se usazuje na elektrodě, je přímo úměrná ekvivalentní hmotnosti prvku (molární hmotnost dělená číslem, které závisí na chemické reakci, ve které se látka podílí).
Na základě výše uvedeného jsou tyto zákony sloučeny do vzorce:
m je hmotnost látky, která byla uvolněna v gramech, n je počet přenesených elektronů v elektrodovém procesu, F = 986485 C / mol je Faradayovo číslo, t je čas v sekundách, M je molární hmotnost látky g / mol.
Ve skutečnosti je z různých důvodů hmotnost uvolněné látky menší než vypočtená (při výpočtu aktuálního toku). Poměr teoretických a skutečných hmot se nazývá proudová účinnost:
Bt = 100% * mvýpočet/ mteoretik
Nakonec doporučujeme podívat se na podrobné vysvětlení Faradayova zákona o elektrolýze:
Faradayovy zákony významně přispěly k rozvoji moderní vědy, díky jeho práci máme elektrické motory a generátory elektrické energie (stejně jako práci jeho následovníků). Práce EMF a jevy elektromagnetické indukce nám poskytly většinu moderních elektrických zařízení, včetně reproduktorů a mikrofonů, bez nichž není možné poslouchat nahrávky a hlasovou komunikaci. Elektrolytické procesy se používají v galvanickém způsobu nanášení materiálů, který nese jak dekorativní hodnotu, tak i praktickou hodnotu.
Podobné materiály:
Načítání...
