Faradays lagar i kemi och fysik - en kort förklaring i enkla ord
Upptäcktshistoria
Faradays lag inom elektrodynamik upptäcktes av två forskare: Michael Faraday och Joseph Henry, men Faraday publicerade resultaten av hans arbete tidigare - 1831.
I sina demonstrationsexperiment i augusti 1831 använde han en järn torus, i de motsatta ändarna var en tråd lindad (en tråd per sida). Han levererade ström till ändarna av en första tråd från ett galvaniskt batteri och anslöt en galvanometer till plintarna på den andra. Designen liknade en modern transformator. Regelmässigt på och av spänningen på den första ledningen, observerade han vågor på galvanometern.
En galvanometer är ett mycket känsligt instrument för att mäta styrkan hos små strömmar.
Således avbildades påverkan av magnetfältet genererat av strömflödet i den första ledningen på tillståndet för den andra ledaren. Denna effekt överfördes från den första till den andra genom kärnan - en metall torus. Som ett resultat av forskning upptäcktes också påverkan av en permanent magnet, som rör sig i spolen, på dess lindning.
Sedan förklarade Faraday fenomenet elektromagnetisk induktion när det gäller kraftlinjer. En annan var installationen för att generera likström: en kopparskiva roterade nära magneten, och tråden som glider längs den var en strömsamlare. Denna uppfinning kallas Faradays disk.
Forskare från den perioden kände inte igen Faradays idéer, men Maxwell tog forskningen på grundval av sin magnetiska teori. 1836 etablerade Michael Faraday förhållanden för elektrokemiska processer, som kallades lagarna för elektrolys av Faraday. Den första beskriver förhållandena mellan massan för ämnet som tilldelats på elektroden och den strömmande strömmen, och den andra beskriver förhållandena mellan ämnets massa i lösningen och strömmen som tilldelas elektroden för en viss mängd elektricitet.
elektrodynamik
De första arbetena används inom fysik, särskilt i beskrivningen av driften av elektriska maskiner och apparater (transformatorer, motorer, etc.). Faradays lag säger:
För kretsen är den inducerade EMF direkt proportionell mot storleken på magnetfluxets hastighet, som rör sig genom denna krets med ett minustecken.
Detta kan sägas med enkla ord: ju snabbare magnetflödet rör sig genom kretsen, desto mer emf genereras vid dess terminaler.
Formeln är som följer:
Här är dF det magnetiska flödet, och dt är tidsenheten. Det är känt att första gången derivat är hastighet.Det vill säga magnetfluxets hastighet i detta specifika fall. Förresten, det kan röra sig, som en källa till ett magnetfält (en spole med en ström - en elektromagnet, eller en permanent magnet), och en krets.
Här kan flödet uttryckas med följande formel:
B är magnetfältet och dS är ytområdet.
Om vi betraktar en spole med tätt sårade svängar, medan antalet svängar N är, är Faraday-lagen följande:
Magnetiskt flöde i en-revolution-formel, uppmätt i Weber. Strömmen i kretsen kallas induktion.
Elektromagnetisk induktion är ett fenomen med strömflöde i en sluten krets under påverkan av ett yttre magnetfält.
I formlerna ovan kan du märka modulens tecken, utan dem har den något annorlunda utseende, som sades i den första formuleringen, med ett minustecken.
Minustecknet förklarar Lenz-regeln. Strömmen som uppstår i kretsen skapar ett magnetfält, den riktas motsatt. Detta är en konsekvens av lagen om bevarande av energi.
Riktningen för induktionsströmmen kan bestämmas av högerregeln eller gimlet, vi granskade det på vår webbplats i detalj.
Som redan nämnts arbetar elektriska maskiner, transformatorer, generatorer och motorer på grund av fenomenet elektromagnetisk induktion. Illustrationen visar strömflödet i ankarlindningen under påverkan av statorns magnetfält. När det gäller generatorn, när rotorn roterar med yttre krafter, visas en EMF i rotorlindningarna, genererar strömmen ett magnetfält riktat i motsatt riktning (samma minustecken i formeln). Ju större ström som förbrukas av generatorns belastning, desto större är magnetfältet och desto svårare rotation.
Och vice versa - när strömmen flyter i rotorn visas ett fält som interagerar med statorns fält och rotorn börjar rotera. Med en belastning på axeln ökar strömmen i statorn och i rotorn, och det är nödvändigt att säkerställa att lindningarna växlas, men detta är ett annat ämne relaterat till konstruktion av elektriska maskiner.
I hjärtat av transformatorns drift är källan till det rörliga magnetiska flödet ett växlande magnetfält som uppstår från flödet av växelström i primärlindningen.
Om du vill studera frågan mer detaljerat rekommenderar vi att du tittar på en video där Faraday-lagen för elektromagnetisk induktion enkelt och enkelt beskrivs:
elektrolys
Förutom forskning om EMF och elektromagnetisk induktion gjorde forskaren stora upptäckter inom andra discipliner, inklusive kemi.
När ström flyter genom elektrolyten börjar joner (positiva och negativa) rusa till elektroderna. Negativ flyttning till anoden, positiv till katoden. Samtidigt frigörs en viss massa av ämnet som finns i elektrolyten på en av elektroderna.
Faraday genomförde experiment, passerade en annan ström genom elektrolyten och mätte massan av material som avsattes på elektroderna, härledde mönstren.
m = k * Q
m är ämnets massa, q är laddningen och k är beroende av elektrolytens sammansättning.
En avgift kan uttryckas i termer av ström under en tidsperiod:
I = q / tsedan q = i * t
Nu kan du bestämma massan på ämnet som kommer att släppas, veta strömmen och den tid det flyter. Detta kallas Faraday Electrolys första lag.
Den andra lagen:
Massan hos det kemiska elementet som sätter sig på elektroden är direkt proportionell mot den ekvivalenta massan för elementet (molmassa dividerat med ett tal som beror på den kemiska reaktionen som ämnet är involverat i).
Baserat på det ovanstående kombineras dessa lagar i formeln:
m är massan av ämnet som frisattes i gram, n är antalet överförda elektroner i elektrodprocessen, F = 986485 C / mol är Faraday-talet, t är tiden i sekunder, M är ämnets molmassa g / mol.
I verkligheten är massan av det frisatta ämnet av olika orsaker mindre än det beräknade (när man beräknar det nuvarande flödet). Förhållandet mellan teoretiska och reella massor kallas nuvarande effektivitet:
Bt = 100% * mberäkn/ mteor
Och slutligen rekommenderar vi att du tittar på en detaljerad förklaring av Faraday-lagen för elektrolys:
Lagarna i Faraday gav ett betydande bidrag till utvecklingen av modern vetenskap, tack vare hans arbete har vi elmotorer och elkraftgeneratorer (liksom hans följares arbete). EMF: s arbete och fenomenen med elektromagnetisk induktion gav oss det mesta av den moderna elektriska utrustningen, inklusive högtalare och mikrofoner, utan vilka det är omöjligt att lyssna på inspelningar och röstkommunikation. Elektrolysprocesser används i den galvaniska metoden för beläggningsmaterial, som har både dekorativt värde och praktiskt värde.
Liknande material:
Hämtar ...
