Faradayevi zakoni u kemiji i fizici - kratko objašnjenje jednostavnim riječima
Priča o otkriću
Faradayev zakon u elektrodinamici otkrili su dva znanstvenika: Michael Faraday i Joseph Henry, ali Faraday je rezultate svog rada objavio ranije - 1831. godine.
U demonstracijskim eksperimentima u kolovozu 1831. koristio je željezni torus, na suprotnim krajevima od kojeg je namotana žica (jedna žica na stranu). Na kraju jedne prve žice od galvanske baterije napajao je napajanje, a na terminale druge spojio galvanometar. Dizajn je bio sličan modernom transformatoru. Povremeno uključivajući i isključujući napon na prvoj žici, opazio je napon na galvanometru.
Galvanometar je vrlo osjetljiv instrument za mjerenje snage malih struja.
Na taj je način prikazan učinak magnetskog polja generiranog strujom struje u prvoj žici na stanje drugog vodiča. Taj se učinak prenosio s prve na drugu kroz jezgru - metalni torus. Kao rezultat istraživanja, otkriven je i utjecaj trajnog magneta, koji se kreće u zavojnici, na njegovo namotavanje.
Tada je Faraday objasnio fenomen elektromagnetske indukcije u smislu linija sile. Druga je instalacija za generiranje istosmjerne struje: bakreni disk rotiran u blizini magneta, a žica koja klizi po njemu bila je sakupljač struje. Ovaj se izum naziva Faradayev disk.
Znanstvenici tog razdoblja nisu prepoznali Faradayeve ideje, ali Maxwell je istraživanje uzeo za svoju magnetsku teoriju. 1836. Michael Faraday uspostavio je veze za elektrokemijske procese, koji su nazvani Faradayevi zakoni elektrolize. Prvo opisuje omjere mase tvari raspoređene na elektrodi i struje koja teče, a drugo opisuje omjere mase tvari u otopini i mase tvari izolirane na elektrodi za određenu količinu električne energije.
Elektrodinamika
Prva djela primjenjuju se u fizici, točnije u opisu rada električnih strojeva i uređaja (transformatora, motora itd.). Faradayev zakon kaže:
Za krug, inducirani EMF izravno je proporcionalan veličini brzine magnetskog toka, koji se kreće kroz ovaj krug sa znakom minus.
To se može reći jednostavnim riječima: što se brži magnetski tok kreće kroz krug, više emf generira na svojim terminalima.
Formula je sljedeća:
Ovdje je dF magnetski tok, a dt je jedinica vremena. Poznato je da je prva izvedenica brzina.To jest, brzina kretanja magnetskog toka u ovom konkretnom slučaju. Usput, može se kretati, poput izvora magnetskog polja (zavojnica sa strujom - elektromagnetom ili stalnim magnetom) i kruga.
Ovdje se protok može izraziti sljedećom formulom:
B je magnetsko polje, a dS je površina.
Ako uzmemo u obzir zavojnicu s čvrsto namotanim okretima, dok je u broju okreta N, onda je Faradayev zakon sljedeći:
Magnetski tok u jedno-revolucijskoj formuli, izmjeren u Weberu. Struja koja struji u krugu naziva se indukcija.
Elektromagnetska indukcija je pojava struje struje u zatvorenom krugu pod utjecajem vanjskog magnetskog polja.
U gornjim formulama mogli ste primijetiti znakove modula, bez njih on ima malo drugačiji izgled, kao što je rečeno u prvoj formulaciji, sa znakom minus.
Znak minus objašnjava Lenzovo pravilo. Struja koja nastaje u krugu stvara magnetsko polje, usmjereno je suprotno. To je posljedica zakona očuvanja energije.
Smjer indukcijske struje može se odrediti pravilom desne ruke ili burgija, detaljno smo je pregledali na našoj web lokaciji.
Kao što je već spomenuto, zbog fenomena elektromagnetske indukcije rade električni strojevi, transformatori, generatori i motori. Na slici je prikazan tok struje u namotu armature pod utjecajem magnetskog polja statora. U slučaju generatora, kada se rotor rotira vanjskim silama, u namotima rotora pojavljuje se EMF, struja stvara magnetsko polje usmjereno u suprotnom smjeru (isti minus minus u formuli). Što je veća struja potrošena opterećenjem generatora, to je veće magnetsko polje i teže mu je okretanje.
I obrnuto - kada struja teče u rotoru, pojavljuje se polje koje djeluje na polje statora i rotor se počinje okretati. S opterećenjem na osovini, struja u statoru i u rotoru raste, i potrebno je osigurati prebacivanje namota, ali to je druga tema vezana za raspored električnih strojeva.
U srcu rada transformatora izvor pokretnog magnetskog toka je izmjenično magnetsko polje koje proizlazi iz protoka izmjenične struje u primarnom namotu.
Ako želite detaljnije proučiti problem, preporučujemo vam da pogledate videozapis u kojem se lako i lako opisuje Faradayev zakon o elektromagnetskoj indukciji:
elektroliza
Osim istraživanja o EMF-u i elektromagnetskoj indukciji, znanstvenik je napravio velika otkrića u drugim disciplinama, uključujući kemiju.
Kad struja teče kroz elektrolit, ioni (pozitivni i negativni) počinju žuriti prema elektrodama. Negativni pomak prema anodi, pozitivan prema katodi. Istodobno se na jednoj od elektroda oslobađa određena masa tvari sadržane u elektrolitu.
Faraday je izveo eksperimente prolazeći različitom strujom kroz elektrolit i mjereći masu tvari taložene na elektrodama, zaključio je uzorke.
m = k * Q
m je masa tvari, q je naboj, a k ovisi o sastavu elektrolita.
Naplata se može izraziti trenutnom u određenom vremenskom razdoblju:
I = q / ttada q = i * t
Sada možete odrediti masu tvari koja će se oslobađati, znajući struju i vrijeme kad je tekla. To se naziva prvim zakonom elektrolize Faradaya.
Drugi zakon:
Masa kemijskog elementa koji se taloži na elektrodi izravno je proporcionalna ekvivalentnoj masi elementa (molarna masa podijeljena s brojem koji ovisi o kemijskoj reakciji u kojoj je tvar uključena).
Na temelju prethodnog, ovi se zakoni kombiniraju u formulu:
m je masa tvari koja se oslobodila u gramima, n je broj prenesenih elektrona u procesu elektrode, F = 986485 C / mol je Faradayev broj, t je vrijeme u sekundama, M je molarna masa tvari g / mol.
U stvarnosti je, iz različitih razloga, masa oslobođene tvari manja od izračunate (pri proračunu trenutnog protoka). Omjer teorijskih i stvarnih masa naziva se trenutna učinkovitost:
Bt = 100% * mračunanje/ mTheor
I na kraju, preporučujemo vam da pogledate detaljno objašnjenje Faradayevog zakona za elektrolizu:
Faradayevi zakoni značajno su doprinijeli razvoju moderne znanosti, zahvaljujući njegovom radu imamo elektromotore i generatore električne energije (kao i rad njegovih sljedbenika). Rad EMF-a i pojave elektromagnetske indukcije pružili su nam većinu moderne električne opreme, uključujući zvučnike i mikrofone, bez kojih je nemoguće slušati snimke i glasovnu komunikaciju. Postupci elektrolize koriste se u galvanskoj metodi premazanih materijala, koja ima i dekorativnu i praktičnu vrijednost.
Slični materijali:
Učitavam...
