Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Na opísanie procesov vo fyzike a chémii existuje množstvo experimentov a výpočtov. Nie je možné uskutočniť jednu štúdiu bez predchádzajúceho hodnotenia procesov podľa teoretických pomerov. Faradayove zákony sa uplatňujú tak vo fyzike, ako aj v chémii av tomto článku sa pokúsime stručne a jasne vysvetliť všetky známe objavy tohto veľkého vedca.História objavovania
Faradayov zákon v elektrodynamike objavili dvaja vedci: Michael Faraday a Joseph Henry, ale Faraday zverejnil výsledky svojej práce skôr - v roku 1831.
Vo svojich demonštračných experimentoch v auguste 1831 použil železný torus, drôt bol navinutý okolo opačných koncov (jeden drôt na stranu). Aplikoval energiu z galvanickej batérie na koniec jedného z prvých vodičov a pripojil galvanometer na svorky druhej. Dizajn bol podobný modernému transformátoru. Pravidelne zapínal a vypínal napätie na prvom vodiči a pozoroval výbuchy na galvanometri.
Galvanometer je vysoko citlivý prístroj na meranie sily malých prúdov.
Tak bol znázornený vplyv magnetického poľa, vytváraného prúdom prúdu v prvom vodiči na stav druhého vodiča. Tento efekt bol prenášaný z prvého do druhého cez jadro - kovový torus. V dôsledku výskumu bol tiež zistený vplyv permanentného magnetu, ktorý sa pohybuje v cievke na jeho vinutí.
Potom Faraday vysvetlil fenomén elektromagnetickej indukcie v zmysle silových línií. Ďalším bolo zariadenie na generovanie jednosmerného prúdu: medený kotúč sa otáčal v blízkosti magnetu a drôt posuvný pozdĺž neho bol zberač prúdu. Tento vynález sa nazýva Faradayov disk.
Vedci z tohto obdobia nepoznali myšlienky Faraday, ale Maxwell vzal výskum na základe svojej magnetickej teórie. V roku 1836 založil Michael Faraday vzťahy pre elektrochemické procesy, ktoré sa nazývali Faradayove zákony o elektrolýze. Prvý z nich opisuje pomery hmoty látky a prúdu tečúceho na elektróde a druhý pomer hmoty látky v roztoku a energiu zvolenú na elektróde pre určité množstvo elektriny.
elektrodynamika
Prvé práce sú aplikované vo fyzike, konkrétne v popise prevádzky elektrických strojov a zariadení (transformátory, motory, atď.). Faradayov zákon stanovuje:
Pre obvod je indukovaný emf priamo úmerný veľkosti rýchlosti magnetického toku, ktorý sa týmto obvodom pohybuje znakom mínus.
To možno povedať jednoduchými slovami: čím rýchlejšie sa magnetický tok pohybuje obvodom, tým viac EMF sa generuje na jeho svorkách.
Vzorec je nasledovný:
Tu dФ je magnetický tok a dt je časová jednotka. Je známe, že prvá derivácia je rýchlosť. Rýchlosť pohybu magnetického toku v tomto konkrétnom prípade. Mimochodom, to môže pohybovať, rovnako ako zdroj magnetického poľa (cievka s prúdom je elektromagnet, alebo permanentný magnet), a obvod.
Tu môže byť tok vyjadrený nasledujúcim vzorcom:
B je magnetické pole a dS je povrchová plocha.
Ak vezmeme do úvahy cievku s husto navinutými cievkami, zatiaľ čo v počte cievok N, potom Faradayov zákon je nasledovný:
Magnetický tok vo vzorci pre jednu otáčku, meraný vo Weber. Prúd tečúci v okruhu sa nazýva indukcia.
Elektromagnetická indukcia - jav prúdenia v uzavretej slučke pod vplyvom vonkajšieho magnetického poľa.
Vo vyššie uvedených vzorcoch si môžete všimnúť znaky modulu, bez nich má mierne odlišný vzhľad, ako to bolo povedané v prvej formulácii, so znamienkom mínus.
Znamienko mínus vysvetľuje pravidlo Lentz. Prúd vznikajúci v obvode vytvára magnetické pole, je opačne nasmerovaný. Je to dôsledok zákona o zachovaní energie.
Smer indukčného prúdu môže byť určený pravidlom pravej alebo gimletu, podrobne sme ho preskúmali na našej webovej stránke.
Ako už bolo spomenuté, v dôsledku fenoménu elektromagnetickej indukcie pracujú elektrické stroje, transformátory, generátory a motory. Na obrázku je znázornený prietok prúdu vo vinutí kotvy vplyvom magnetického poľa statora. V prípade generátora, keď sa jeho rotor otáča vonkajšími silami, vzniká vo vinutiach rotora emf, pričom prúd vytvára magnetické pole smerované opačne (rovnaké znamienko mínus vo vzorci). Čím väčší je prúd spotrebovaný záťažou generátora, tým väčšie je toto magnetické pole a tým ťažšie je jeho otáčanie.
A naopak - keď prúdi v rotore prúd, vzniká pole, ktoré spolupôsobí so statorovým poľom a rotor sa začína otáčať. Pri zaťažení hriadeľa sa zvyšuje prúd v statore a rotore, pričom je potrebné zabezpečiť spínanie vinutí, čo je ďalšia téma týkajúca sa konštrukcie elektrických strojov.
V srdci prevádzky transformátora je zdrojom pohyblivého magnetického toku striedavé magnetické pole, ktoré vzniká v dôsledku prúdenia striedavého prúdu v primárnom vinutí.
Ak chcete tento problém podrobnejšie preštudovať, odporúčame sledovať video, ktoré jednoducho a ľahko sprístupní Faradayov zákon o elektromagnetickej indukcii:
elektrolýza
Okrem výskumu EMF a elektromagnetickej indukcie, vedec urobil veľké objavy v iných disciplínach, vrátane chémie.
Keď prúd prúdi cez elektrolyt, ióny (kladné a záporné) sa začnú ponárať do elektród. Záporné pohyby do anódy, pozitívne na katódu. Súčasne sa na jednej z elektród vylučuje určitá hmota látky, ktorá je obsiahnutá v elektrolyte.
Faraday uskutočňoval experimenty, prechádzal iný prúd cez elektrolyt a meral hmotnosť substancie uloženej na elektródach, odvodil vzory.
m = k * Q
m je hmotnosť látky, q je náboj a k závisí od zloženia elektrolytu.
Poplatok môže byť vyjadrený ako prúd v časovom období:
I = q / t, potom q = i * t
Teraz môžete určiť hmotnosť látky, ktorá sa uvoľní, s vedomím prúdu a času, ktorý prúdil. Toto sa nazýva Faradayov zákon o prvej elektrolýze.
Druhý zákon:
Hmotnosť chemického prvku, ktorý sa usadí na elektróde, je priamo úmerná ekvivalentnej hmotnosti prvku (molárna hmotnosť vydelená číslom, ktoré závisí od chemickej reakcie, na ktorej sa látka zúčastňuje).
Vzhľadom na vyššie uvedené sú tieto zákony kombinované do vzorca:
m je hmotnosť látky uvoľnenej v gramoch, n je počet elektrónov prenesených v elektródovom procese, F = 986485 C / mol je Faradayovo číslo, t je čas v sekundách, M je molárna hmotnosť látky g / mol.
V skutočnosti, z rôznych dôvodov, hmotnosť uvoľnenej látky je menšia ako vypočítaná hmotnosť (pri výpočte s ohľadom na prúdiaci prúd). Pomer teoretických a reálnych hmotností sa nazýva prúdový výstup:
Bt = 100% * m / teória
Nakoniec odporúčame prezerať si podrobné vysvetlenie Faradayovho zákona pre elektrolýzu:
Zákony Faraday významne prispeli k rozvoju modernej vedy, vďaka svojej práci máme elektrické motory a elektrické generátory (ako aj prácu jeho nasledovníkov). Práca EMF a fenomén elektromagnetickej indukcie nám dali väčšinu moderných elektrických zariadení, vrátane reproduktorov a mikrofónov, bez ktorých nie je možné počúvať nahrávky a hlasovú komunikáciu. Spôsoby elektrolýzy sa používajú pri elektrolytickom spôsobe nanášania náterových materiálov, ktoré je dekoratívne aj praktické.
Súvisiace materiály:
- Joule-Lenzov zákon
- Odpor vodiča voči teplote
- Ohmov zákon v jednoduchých slovách