Định luật Faraday trong Hóa học và Vật lý - Giải thích ngắn gọn bằng những từ đơn giản
Câu chuyện khám phá
Luật Faraday sườn trong điện động lực học được phát hiện bởi hai nhà khoa học: Michael Faraday và Joseph Henry, nhưng Faraday đã công bố kết quả công việc của mình trước đó - vào năm 1831.
Trong các thí nghiệm trình diễn của mình vào tháng 8 năm 1831, ông đã sử dụng một hình xuyến bằng sắt, ở hai đầu đối diện có một sợi dây bị thương (một dây mỗi bên). Anh ta cung cấp năng lượng cho hai đầu của một dây thứ nhất từ pin điện kế và kết nối một điện kế với các cực của dây thứ hai. Thiết kế tương tự như một máy biến áp hiện đại. Định kỳ bật và tắt điện áp trên dây đầu tiên, anh quan sát thấy sự tăng vọt trên điện kế.
Điện kế là một dụng cụ có độ nhạy cao để đo cường độ dòng điện nhỏ.
Do đó, ảnh hưởng của từ trường được tạo ra bởi dòng điện trong dây thứ nhất trên trạng thái của dây dẫn thứ hai đã được mô tả. Hiệu ứng này được truyền từ thứ nhất đến thứ hai thông qua lõi - một hình xuyến kim loại. Theo kết quả nghiên cứu, ảnh hưởng của một nam châm vĩnh cửu, di chuyển trong cuộn dây, trên cuộn dây của nó cũng được phát hiện.
Sau đó Faraday giải thích hiện tượng cảm ứng điện từ về các đường lực. Một cách khác là cài đặt để tạo ra dòng điện trực tiếp: một đĩa đồng được quay gần nam châm và dây trượt dọc theo nó là một bộ thu hiện tại. Phát minh này được gọi là đĩa Faraday.
Các nhà khoa học thời kỳ đó không nhận ra ý tưởng của Faraday, nhưng Maxwell đã lấy nghiên cứu làm cơ sở cho lý thuyết từ tính của mình. Năm 1836, Michael Faraday đã thiết lập mối quan hệ cho các quá trình điện hóa, được gọi là Định luật điện phân Faraday. Đầu tiên mô tả các tỷ lệ khối lượng của chất được phân bổ trên điện cực và dòng chảy, và lần thứ hai mô tả các tỷ lệ khối lượng của chất trong dung dịch và khối lượng của chất được phân lập trên điện cực cho một lượng điện nhất định.
Điện động lực
Các công trình đầu tiên được sử dụng trong vật lý, đặc biệt trong mô tả hoạt động của các máy móc và thiết bị điện (máy biến áp, động cơ, v.v.). Luật Faraday nói rõ:
Đối với mạch, EMF cảm ứng tỷ lệ thuận với độ lớn của vận tốc của từ thông, di chuyển qua mạch này với dấu trừ.
Điều này có thể nói bằng những từ đơn giản: từ thông di chuyển qua mạch càng nhanh, càng nhiều emf được tạo ra tại các cực của nó.
Công thức như sau:
Ở đây dF là từ thông, và dt là đơn vị thời gian. Lần đầu tiên phái sinh được biết đến là tốc độ.Đó là, tốc độ chuyển động của từ thông trong trường hợp cụ thể này. Nhân tiện, nó có thể di chuyển, giống như một nguồn của từ trường (một cuộn dây có dòng điện - một nam châm điện, hoặc một nam châm vĩnh cửu) và một mạch điện.
Ở đây, dòng chảy có thể được thể hiện bằng công thức sau:
B là từ trường và dS là diện tích bề mặt.
Nếu chúng ta xem xét một cuộn dây có vòng quay chặt, trong khi ở số lượt N, thì luật Faraday như sau:
Từ thông trong công thức một vòng, được đo bằng Weber. Dòng điện chạy trong mạch được gọi là cảm ứng.
Cảm ứng điện từ là một hiện tượng của dòng điện trong mạch kín dưới tác động của từ trường bên ngoài.
Trong các công thức trên, bạn có thể nhận thấy các dấu hiệu của mô-đun, nếu không có chúng, nó có giao diện hơi khác, như đã nói trong công thức đầu tiên, với dấu trừ.
Dấu trừ giải thích quy tắc Lenz. Dòng điện phát sinh trong mạch tạo ra từ trường, nó được hướng ngược lại. Đây là một hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng.
Hướng của dòng điện cảm ứng có thể được xác định theo quy tắc của bàn tay phải hoặc khoan, chúng tôi đã kiểm tra nó trên trang web của chúng tôi một cách chi tiết.
Như đã đề cập, do hiện tượng cảm ứng điện từ, máy điện, máy biến thế, máy phát điện và động cơ làm việc. Hình minh họa cho thấy dòng điện trong cuộn dây phần ứng dưới ảnh hưởng của từ trường stato. Trong trường hợp của máy phát, khi rôto quay bởi ngoại lực, EMF xuất hiện trong cuộn dây rôto, dòng điện tạo ra từ trường theo hướng ngược lại (cùng dấu trừ trong công thức). Dòng điện tiêu thụ của máy phát càng lớn thì từ trường càng lớn và vòng quay của nó càng khó khăn.
Và ngược lại - khi dòng điện chạy trong rôto, một trường xuất hiện tương tác với trường stato và rôto bắt đầu quay. Với tải trên trục, dòng điện trong stato và rôto tăng, và cần phải đảm bảo chuyển mạch của cuộn dây, nhưng đây là một chủ đề khác liên quan đến việc bố trí máy điện.
Tại trung tâm của hoạt động của bộ biến đổi, nguồn của từ thông chuyển động là một từ trường xen kẽ phát sinh từ dòng điện xoay chiều trong cuộn sơ cấp.
Nếu bạn muốn nghiên cứu vấn đề chi tiết hơn, chúng tôi khuyên bạn nên xem video mà Luật Faraday cho cảm ứng điện từ được mô tả dễ dàng và dễ dàng:
Điện phân
Ngoài nghiên cứu về EMF và cảm ứng điện từ, nhà khoa học này đã có những khám phá tuyệt vời trong các ngành khác, bao gồm cả hóa học.
Khi dòng điện chạy qua chất điện phân, các ion (dương và âm) bắt đầu chạy đến các điện cực. Di chuyển tiêu cực đến cực dương, tích cực đến cực âm. Đồng thời, một khối lượng nhất định của chất có trong chất điện phân được giải phóng trên một trong các điện cực.
Faraday đã tiến hành thí nghiệm, truyền một dòng điện khác qua chất điện phân và đo khối lượng của chất lắng đọng trên các điện cực, suy ra các mẫu.
m = k * Q
m là khối lượng của chất, q là điện tích và k phụ thuộc vào thành phần của chất điện phân.
Một khoản phí có thể được thể hiện dưới dạng hiện tại trong một khoảng thời gian:
Tôi = q / tsau đó q = i * t
Bây giờ bạn có thể xác định khối lượng của chất sẽ được giải phóng, biết dòng điện và thời gian mà nó chảy. Đây được gọi là Định luật điện phân Faraday đầu tiên.
Định luật thứ hai:
Khối lượng của nguyên tố hóa học lắng trên điện cực tỷ lệ thuận với khối lượng tương đương của nguyên tố (khối lượng mol chia cho một số phụ thuộc vào phản ứng hóa học trong đó chất có liên quan).
Dựa trên những điều đã nói ở trên, các luật này được kết hợp thành công thức:
m là khối lượng của chất được giải phóng bằng gam, n là số electron được chuyển trong quá trình điện cực, F = 986485 C / mol là số Faraday, t là thời gian tính bằng giây, M là khối lượng mol của chất g / mol.
Trong thực tế, do nhiều lý do khác nhau, khối lượng của chất được giải phóng nhỏ hơn khối lượng tính toán (khi tính toán dòng chảy hiện tại). Tỷ lệ khối lượng lý thuyết và thực tế được gọi là hiệu quả hiện tại:
Bt = 100% * mphép tính/ mlý thuyết
Và cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem giải thích chi tiết về luật Faraday cho điện phân:
Luật pháp của Faraday đã đóng góp đáng kể cho sự phát triển của khoa học hiện đại, nhờ vào công việc của mình, chúng tôi có động cơ điện và máy phát điện (cũng như công việc của những người theo ông). Công việc của EMF và hiện tượng cảm ứng điện từ đã cho chúng ta hầu hết các thiết bị điện hiện đại, bao gồm loa và micrô mà không có khả năng nghe các bản ghi âm và giao tiếp bằng giọng nói. Các quá trình điện phân được sử dụng trong phương pháp mạ điện của vật liệu phủ, mang cả giá trị trang trí và giá trị thực tế.
Vật liệu tương tự:
Đang tải...
