Законите на Фарадей в химията и физиката - кратко обяснение с прости думи

За да се опишат процесите във физиката и химията, има редица закони и връзки, получени експериментално и изчислително. Нито едно изследване не може да се извърши без предварителна оценка на процесите чрез теоретични отношения. Законите на Фарадей се прилагат както във физиката, така и в химията и в тази статия ще се опитаме да разкажем накратко и ясно за всички известни открития на този велик учен.

История на откритията

Законът на Фарадей в електродинамиката е открит от двама учени: Майкъл Фарадей и Джоузеф Хенри, но Фарадей публикува резултатите от своята работа по-рано - през 1831 година.

В демонстрационните си експерименти през август 1831 г. той е използвал железен торус, на противоположните краища на който е навита жица (по една жица на една страна). Той захранваше захранването към краищата на един първи проводник от галванична батерия и свърза галванометър към клемите на втория. Дизайнът беше подобен на модерен трансформатор. Периодично включва и изключва напрежението на първия проводник, той наблюдава скокове на галванометъра.

Галванометър е силно чувствителен инструмент за измерване на силата на малки токове.

Така е изобразено влиянието на магнитното поле, генерирано от потока на тока в първия проводник, върху състоянието на втория проводник. Този ефект се предавал от първата към втората чрез сърцевината - метален торус. В резултат на изследванията беше открито и влиянието на постоянен магнит, който се движи в намотката, върху намотката си.

Ефект от магнитно поле

Тогава Фарадей обясни феномена на електромагнитната индукция по отношение на силовите линии. Друга беше инсталацията за генериране на постоянен ток: меден диск се върти близо до магнита, а жицата, плъзгаща се по него, беше токов колектор. Това изобретение се нарича диск на Фарадей.

Faraday Drive

Учените от този период не признаха идеите на Фарадей, но Максуел взе изследванията за основата на своята магнитна теория. През 1836 г. Майкъл Фарадей установява връзки за електрохимичните процеси, които се наричат ​​Законите за електролиза на Фарадей. Първият описва съотношенията на масата на веществото, разпределено върху електрода, и течащия ток, а вторият описва съотношенията на масата на веществото в разтвора и тока, разпределен на електрода за определено количество електричество.

електродинамика

Първите произведения се използват във физиката, по-специално в описанието на работата на електрически машини и апарати (трансформатори, двигатели и др.). Законът на Фарадей гласи:

За схемата индуцираният ЕРС е пряко пропорционален на величината на скоростта на магнитния поток, който се движи през тази верига със знак минус.

Това може да се каже с прости думи: колкото по-бързо се движи магнитният поток през веригата, толкова повече емф се генерира в своите терминали.

Формулата е следната:

Формула за изчисляване на ЕМП

Тук dF е магнитният поток, а dt е единицата време. Известно е, че първото производно е скоростта.Тоест, скоростта на движение на магнитния поток в този конкретен случай. Между другото, той може да се движи, като източник на магнитно поле (намотка с ток - електромагнит или постоянен магнит), и верига.

Тук потокът може да се изрази със следната формула:

Поточно изражение

B е магнитното поле, а dS е площта на повърхността.

Ако разгледаме намотка с плътно навити завои, докато при броя на завоите N, тогава законът на Фарадей е следният:

Закон Фарадей

Магнитен поток във формула с едно обороти, измерена във Вебер. Токът, протичащ във веригата, се нарича индукция.

Електромагнитната индукция е явление на токов поток в затворена верига под въздействието на външно магнитно поле.

Във формулите по-горе можете да забележите знаците на модула, без тях той има малко по-различен вид, както беше казано в първата формулировка, със знак минус.

пропорция

Знакът минус обяснява правилото на Ленц. Токът, възникващ във веригата, създава магнитно поле, той е насочен обратно. Това е следствие от закона за запазване на енергията.

Посоката на индукционния ток може да бъде определена от правилото на дясната ръка или свределче, ние го разгледахме подробно на нашия сайт.

Правило на дясната ръка

Както вече споменахме, поради явлението електромагнитна индукция работят електрически машини, трансформатори, генератори и двигатели. Илюстрацията показва потока на тока в намотката на арматурата под въздействието на магнитното поле на статора. В случая на генератора, когато роторът се върти от външни сили, в намотките на ротора се появява ЕМП, токът генерира магнитно поле, насочено в обратна посока (същия знак минус във формулата). Колкото по-голям е токът, изразходван от товара на генератора, толкова по-голямо е магнитното поле и по-трудно е неговото въртене.

Ефектът на магнитно поле върху котва

И обратно - когато в ротора тече ток, се появява поле, което взаимодейства с полето на статора и роторът започва да се върти. С натоварване на вала, токът в статора и в ротора се увеличава и е необходимо да се осигури превключването на намотките, но това е друга тема, свързана с изграждането на електрически машини.

В основата на работата на трансформатора източникът на движещия се магнитен поток е променливо магнитно поле, възникващо от потока на променлив ток в първичната намотка.

Ако искате да проучите проблема по-подробно, препоръчваме ви да гледате видео, в което Законът за електромагнитна индукция на Фарадей е лесно и лесно описан:

електролиза

В допълнение към изследванията на ЕМП и електромагнитната индукция, ученият направи страхотни открития в други дисциплини, включително химия.

Потокът на тока през електролита

Когато токът тече през електролита, йони (положителни и отрицателни) започват да се втурват към електродите. Отрицателен ход към анода, положителен към катода. В същото време определена маса от съдържащото се в електролита вещество се освобождава на един от електродите.

Фарадей провежда експерименти, преминавайки различен ток през електролита и измервайки масата на материята, отложена върху електродите, извежда моделите.

m = k * Q

m е масата на веществото, q е зарядът, и k зависи от състава на електролита.

Такса може да бъде изразена като текуща за определен период от време:

I = q / tтогава q = i * t

Сега можете да определите масата на веществото, което ще се отдели, като знаете тока и времето, в което е тече. Това се нарича първият закон за електролизата на Фарадей.

Вторият закон:

Масата на химическия елемент, който се утаява върху електрода, е пряко пропорционална на еквивалентната маса на елемента (моларна маса, разделена на число, което зависи от химическата реакция, в която веществото участва).

Въз основа на горното тези закони се комбинират във формулата:

Изчисляване на масата на веществото

m е масата на веществото, което се отделя в грамове, n е броят на прехвърлените електрони в процеса на електрод, F = 986485 С / мол е числото на Фарадей, t е време в секунди, М е моларната маса на веществото g / mol.

В действителност поради различни причини масата на освободеното вещество е по-малка от изчислената (при изчисляване на текущия поток). Съотношението между теоретичните и реалните маси се нарича текуща ефективност:

BT = 100% * mизчисление/ мтеор

И накрая, препоръчваме ви да разгледате подробно обяснение на закона на Фарадей за електролиза:

Законите на Фарадей допринесоха значително за развитието на съвременната наука, благодарение на неговата работа имаме електрически двигатели и генератори на електрическа енергия (както и работата на неговите последователи). Работата на ЕМП и явленията на електромагнитната индукция ни дадоха по-голямата част от съвременното електрическо оборудване, включително високоговорители и микрофони, без които е невъзможно да слушаме записи и гласова комуникация. Електролизните процеси се използват в галваничния метод за покритие на материали, който носи както декоративна стойност, така и практическа стойност.

Подобни материали:

(2 гласа)
Зареждане...

Добави коментар

Задължителните полета са маркирани *