Faradayove zákony v chémii a fyzike - stručné vysvetlenie jednoduchých slov
Objav príbehu
Faradayov zákon v elektrodynamike objavili dvaja vedci: Michael Faraday a Joseph Henry, ale Faraday publikoval výsledky svojej práce skôr - v roku 1831.
Vo svojich demonštračných pokusoch v auguste 1831 použil železný torus, na ktorého opačných koncoch bol navinutý drôt (jeden drôt na každú stranu). Napájal koncovky jedného prvého drôtu z galvanickej batérie a pripojil galvanometer ku svorkám druhého. Dizajn bol podobný modernému transformátoru. Pravidelne zapínal a vypínal napätie na prvom vodiči a pozoroval prepätie na galvanometri.
Galvanometer je vysoko citlivý prístroj na meranie sily malých prúdov.
Bol teda znázornený vplyv magnetického poľa generovaného tokom prúdu v prvom vodiči na stav druhého vodiča. Tento efekt sa prenášal z prvého do druhého cez jadro - kovový torus. Výsledkom výskumu bol objavený vplyv permanentného magnetu, ktorý sa pohybuje vo vinutí, na jeho vinutie.
Faraday potom vysvetlil jav elektromagnetickej indukcie z hľadiska silových čiar. Ďalšou bola inštalácia na generovanie jednosmerného prúdu: medený disk sa otáčal v blízkosti magnetu a drôt, ktorý k nemu kĺzal, bol zberač prúdu. Tento vynález sa nazýva Faradayov disk.
Vedci toho obdobia nepoznali Faradayove myšlienky, ale Maxwell vzal výskum na základe svojej magnetickej teórie. V roku 1836 Michael Faraday nadviazal vzťahy pre elektrochemické procesy, ktoré sa nazývali Zákony elektrolýzy Faraday. Prvá popisuje pomery hmotnosti látky pridelenej na elektróde a prúdiaceho prúdu a druhá popisuje pomery hmotnosti látky v roztoku a hmotnosti látky izolovanej na elektróde pre určité množstvo elektriny.
elektrodynamika
Prvé práce sa používajú vo fyzike, konkrétne v popise činnosti elektrických strojov a prístrojov (transformátory, motory atď.). Faradayov zákon stanovuje:
Pre obvod je indukovaný EMF priamo úmerný rozsahu rýchlosti magnetického toku, ktorý sa pohybuje v tomto obvode so znamienkom mínus.
Dá sa to povedať jednoduchými slovami: čím rýchlejšie magnetický tok prechádza obvodom, tým viac emf sa generuje na jeho termináloch.
Vzorec je nasledujúci:
Tu dF je magnetický tok a dt je jednotka času. Prvý derivát je známy ako rýchlosť.To znamená rýchlosť magnetického toku v tomto konkrétnom prípade. Mimochodom sa môže pohybovať ako zdroj magnetického poľa (cievka s prúdom - elektromagnet alebo permanentný magnet) a obvod.
Tu možno tok vyjadriť pomocou nasledujúceho vzorca:
B je magnetické pole a dS je povrchová plocha.
Ak vezmeme do úvahy cievku s pevne navinutými zákrutami, zatiaľ čo v počte zatáčok N je Faradayov zákon nasledovný:
Magnetický tok v jednootáčkovej receptúre meraný vo Webere. Prúd tečúci v obvode sa nazýva indukcia.
Elektromagnetická indukcia je jav prúdenia prúdu v uzavretom obvode pod vplyvom vonkajšieho magnetického poľa.
Vo vyššie uvedených vzorcoch ste si mohli všimnúť znaky modulu, bez ktorých by to malo mierne odlišný vzhľad, ako sa uvádza v prvej formulácii, so znamienkom mínus.
Znamienko mínus vysvetľuje Lenzovo pravidlo. Prúd vznikajúci v obvode vytvára magnetické pole, je namierené opačne. Je to dôsledok zákona o úspore energie.
Smer indukčného prúdu je možné určiť pravítkom alebo nebožiec, podrobne sme ho preskúmali na našich stránkach.
Ako už bolo uvedené, v dôsledku fenoménu elektromagnetickej indukcie pracujú elektrické stroje, transformátory, generátory a motory. Obrázok ukazuje tok prúdu vo vinutí kotvy pod vplyvom statorového magnetického poľa. V prípade generátora, keď sa rotor otáča vonkajšími silami, sa objaví EMF vo vinutí rotora, prúd generuje magnetické pole nasmerované v opačnom smere (rovnaké znamienko mínus vo vzorci). Čím väčší je prúd spotrebovaný zaťažením generátora, tým väčšie je magnetické pole a tým ťažšia je jeho rotácia.
A naopak - keď prúdi prúd v rotore, objaví sa pole, ktoré interaguje so statorovým poľom a rotor sa začne otáčať. Pri zaťažení hriadeľa musí byť zabezpečený prúd v statore a v rotore pri prepínaní vinutí, ale toto je ďalšia téma týkajúca sa konštrukcie elektrických strojov.
V centre činnosti transformátora je zdrojom pohybujúceho sa magnetického toku striedavé magnetické pole vznikajúce z toku striedavého prúdu v primárnom vinutí.
Ak si chcete tento problém podrobnejšie preštudovať, odporúčame vám pozrieť si video, na ktorom je ľahko a ľahko opísateľný Faradayov zákon o elektromagnetickej indukcii:
elektrolýza
Vedci okrem výskumu elektromagnetickej indukcie a elektromagnetickej indukcie urobili veľké objavy aj v iných odboroch vrátane chémie.
Keď prúd preteká elektrolytom, ióny (kladné a záporné) sa začínajú ponáhľať k elektródam. Negatívny prechod na anódu, pozitívny na katódu. Súčasne sa na jednu z elektród uvoľní určitá hmotnosť látky obsiahnutej v elektrolyte.
Faraday uskutočňoval experimenty, odvodzoval rôzne prúdy elektrolytom a meral hmotnosť látky uloženej na elektródach.
m = k * Q
m je hmotnosť látky, q je náboj a k je závislé od zloženia elektrolytu.
Poplatok môže byť vyjadrený ako aktuálny za určité časové obdobie:
I = q / tpotom q = i * t
Teraz môžete určiť hmotnosť látky, ktorá sa uvoľní, pričom budete vedieť, aký je aktuálny čas a kedy tečie. Toto sa nazýva prvý zákon Faradayovej elektrolýzy.
Druhý zákon:
Hmotnosť chemického prvku, ktorý sa usadzuje na elektróde, je priamo úmerný ekvivalentnej hmotnosti prvku (molárna hmotnosť vydelená číslom, ktoré závisí od chemickej reakcie, ktorej sa látka týka).
Na základe vyššie uvedeného sa tieto zákony kombinujú do vzorca:
m je hmotnosť látky, ktorá sa uvoľnila v gramoch, n je počet prenesených elektrónov v elektródovom procese, F = 986485 C / mol je Faradayovo číslo, t je čas v sekundách, M je molárna hmotnosť látky g / mol.
V skutočnosti je z rôznych dôvodov hmotnosť emitovanej látky nižšia ako vypočítaná (pri výpočte aktuálneho toku). Pomer teoretických a skutočných hmotností sa nazýva aktuálna účinnosť:
BT = 100% * mkalkulácia/ mteor
Nakoniec vám odporúčame pozrieť sa na podrobné vysvetlenie Faradayovho zákona o elektrolýze:
Faradayove zákony významne prispeli k rozvoju modernej vedy, vďaka jeho práci máme elektrické motory a generátory elektrickej energie (ako aj prácu jeho nasledovníkov). Práca EMF a javy elektromagnetickej indukcie nám poskytla väčšinu moderných elektrických zariadení vrátane reproduktorov a mikrofónov, bez ktorých nie je možné počúvať nahrávky a hlasovú komunikáciu. Elektrolytické procesy sa používajú pri galvanickom spôsobe nanášania materiálov, ktorý nesie dekoratívnu aj praktickú hodnotu.
Podobné materiály:
Načítava...
