Undang-undang Faraday dalam Kimia dan Fizik - Penjelasan Ringkas dalam Kata Sederhana
Kisah penemuan
Hukum Faraday dalam elektrodinamik ditemui oleh dua saintis: Michael Faraday dan Joseph Henry, tetapi Faraday menerbitkan hasil karyanya lebih awal - pada tahun 1831.
Dalam eksperimen demonstrasinya pada bulan Agustus 1831, ia menggunakan torus besi, di ujung-ujung yang berlawanan dengan wayar (satu wayar per sisi). Dia membekalkan kuasa ke hujung satu wayar pertama dari bateri galvanik, dan menghubungkan galvanometer ke terminal kedua. Reka bentuknya serupa dengan pengubah moden. Secara berkala menghidupkan dan mematikan voltan pada wayar pertama, dia memerhatikan lonjakan galvanometer.
Galvanometer adalah alat yang sangat sensitif untuk mengukur kekuatan arus kecil.
Oleh itu, pengaruh medan magnet yang dihasilkan oleh arus arus pada wayar pertama pada keadaan konduktor kedua digambarkan. Kesan ini disebarkan dari yang pertama hingga yang kedua melalui inti - torus logam. Sebagai hasil penyelidikan, pengaruh magnet kekal, yang bergerak di gegelung, pada penggulungannya juga ditemukan.
Kemudian Faraday menjelaskan fenomena aruhan elektromagnetik dari segi garis daya. Yang lain ialah pemasangan untuk menghasilkan arus terus: cakera tembaga dipusingkan berhampiran magnet, dan wayar yang meluncur di sepanjangnya adalah pengumpul arus. Penemuan ini dipanggil cakera Faraday.
Para saintis pada masa itu tidak mengenali idea-idea Faraday, tetapi Maxwell mengambil kajian itu berdasarkan teori magnetiknya. Pada tahun 1836, Michael Faraday menjalin hubungan untuk proses elektrokimia, yang disebut Undang-undang elektrolisis Faraday. Yang pertama menerangkan nisbah jisim bahan yang diperuntukkan pada elektrod dan arus yang mengalir, dan yang kedua menerangkan nisbah jisim bahan dalam larutan dan arus yang diperuntukkan kepada elektrod untuk sejumlah elektrik.
Elektrodinamik
Karya pertama digunakan dalam fizik, khususnya dalam perihalan operasi mesin dan peralatan elektrik (transformer, motor, dll.). Undang-undang Faraday menyatakan:
Untuk litar, EMF yang diinduksi berkadar terus dengan besarnya kelajuan fluks magnet, yang bergerak melalui litar ini dengan tanda tolak.
Ini dapat dikatakan dengan kata mudah: semakin cepat fluks magnet bergerak melalui litar, semakin banyak emf dihasilkan di terminal.
Rumusannya adalah seperti berikut:
Di sini dF adalah fluks magnet, dan dt adalah satuan masa. Telah diketahui bahawa derivatif kali pertama adalah kepantasan.Iaitu, kelajuan pergerakan fluks magnet dalam kes ini. By the way, ia boleh bergerak, seperti sumber medan magnet (gegelung dengan arus - elektromagnet, atau magnet kekal), dan rangkaian.
Di sini, aliran dapat dinyatakan dengan formula berikut:
B adalah medan magnet, dan dS adalah luas permukaan.
Sekiranya kita menganggap gegelung dengan lilitan luka yang ketat, sementara dalam jumlah putaran N, maka hukum Faraday adalah seperti berikut:
Fluks magnetik dalam formula satu revolusi, diukur dalam Weber. Arus yang mengalir dalam litar disebut induksi.
Aruhan elektromagnetik adalah fenomena aliran arus dalam litar tertutup di bawah pengaruh medan magnet luaran.
Dalam formula di atas, anda dapat melihat tanda-tanda modul, tanpa mereka mempunyai rupa yang sedikit berbeza, seperti yang dikatakan pada formulasi pertama, dengan tanda minus.
Tanda minus menerangkan peraturan Lenz. Arus yang timbul dalam litar menghasilkan medan magnet, ia diarahkan berlawanan. Ini adalah akibat dari undang-undang pemuliharaan tenaga.
Arah arus aruhan dapat ditentukan oleh peraturan tangan kanan atau gimlet, kami memeriksanya di laman web kami secara terperinci.
Seperti yang telah disebutkan, disebabkan oleh fenomena aruhan elektromagnetik, mesin elektrik, transformer, generator dan motor berfungsi. Ilustrasi menunjukkan aliran arus di angker angker di bawah pengaruh medan magnet stator. Dalam kes generator, apabila rotor berputar oleh daya luaran, EMF muncul dalam belitan rotor, arus menghasilkan medan magnet yang diarahkan ke arah yang bertentangan (tanda tolak yang sama dalam formula). Semakin besar arus yang dimakan oleh beban generator, semakin besar medan magnet, dan semakin sukar putarannya.
Dan sebaliknya - apabila arus mengalir di rotor, medan muncul yang berinteraksi dengan medan stator dan rotor mula berputar. Dengan beban pada poros, arus di stator dan rotor meningkat, dan perlu memastikan peralihan belitan, tetapi ini adalah topik lain yang berkaitan dengan pembinaan mesin elektrik.
Di tengah operasi pengubah, sumber fluks magnet bergerak adalah medan magnet bergantian yang timbul dari aliran arus ulang-alik dalam belitan primer.
Sekiranya anda ingin mengkaji masalah ini dengan lebih terperinci, kami mengesyorkan menonton video di mana Undang-undang Faraday untuk aruhan elektromagnetik digambarkan dengan mudah dan senang:
Elektrolisis
Sebagai tambahan kepada penyelidikan mengenai EMF dan induksi elektromagnetik, saintis membuat penemuan hebat dalam bidang lain, termasuk kimia.
Apabila arus mengalir melalui elektrolit, ion (positif dan negatif) mula bergegas ke elektrod. Pindah negatif ke anod, positif ke katod. Pada masa yang sama, jisim tertentu bahan yang terkandung dalam elektrolit dilepaskan pada salah satu elektrod.
Faraday melakukan eksperimen, melewati arus yang berbeza melalui elektrolit dan mengukur jisim bahan yang tersimpan pada elektrod, menyimpulkan coraknya.
m = k * Q
m adalah jisim bahan, q adalah muatan, dan k bergantung pada komposisi elektrolit.
Bayaran boleh dinyatakan dalam bentuk semasa dalam jangka masa tertentu:
I = q / tkemudian q = i * t
Sekarang anda dapat menentukan jisim bahan yang akan dibebaskan, mengetahui arus dan masa ia mengalir. Ini dipanggil Hukum Pertama Elektrolisis Faraday.
Undang-undang kedua:
Jisim unsur kimia yang menetap di elektrod berkadar terus dengan jisim unsur yang setara (jisim molar dibahagi dengan nombor yang bergantung pada tindak balas kimia di mana bahan tersebut terlibat).
Berdasarkan yang disebutkan di atas, undang-undang ini digabungkan menjadi formula:
m adalah jisim bahan yang dilepaskan dalam gram, n adalah bilangan elektron yang dipindahkan dalam proses elektrod, F = 986485 C / mol adalah nombor Faraday, t adalah masa dalam beberapa saat, M adalah jisim molar bahan g / mol.
Pada hakikatnya, kerana pelbagai sebab, jisim bahan yang dilepaskan adalah lebih kecil daripada yang dikira (ketika mengira aliran semasa). Nisbah jisim teori dan sebenar disebut kecekapan semasa:
Bt = 100% * mpengiraan/ mteor
Dan akhirnya, kami mengesyorkan agar anda melihat penjelasan terperinci mengenai undang-undang Faraday untuk elektrolisis:
Undang-undang Faraday memberikan sumbangan yang signifikan terhadap pengembangan ilmu pengetahuan moden, berkat karyanya, kita memiliki motor elektrik dan penjana tenaga elektrik (serta karya pengikutnya). Kerja EMF dan fenomena induksi elektromagnetik memberi kita sebahagian besar peralatan elektrik moden, termasuk pembesar suara dan mikrofon, tanpa itu mustahil untuk mendengar rakaman dan komunikasi suara. Proses elektrolisis digunakan dalam kaedah galvanik bahan pelapis, yang membawa nilai hiasan dan nilai praktikal.
Bahan serupa:
Memuat ...
