Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
За да се опишат процесите във физиката и химията има редица закони и отношения, получени експериментално и чрез изчисления. Нито едно изследване не може да бъде проведено без предварителна оценка на процесите според теоретичните съотношения. Законите на Фарадей се прилагат както във физиката, така и в химията, и в тази статия ще се опитаме накратко и ясно да обясним всички известни открития на този велик учен.История на откриването
Законът на Фарадей в електродинамиката е открит от двама учени: Майкъл Фарадей и Джоузеф Хенри, но Фарадей публикува резултатите от работата си по-рано - през 1831 година.
В демонстрационните си експерименти през август 1831 г. той използва железен тор, телът е навит около противоположните краища (по един проводник на всяка страна). Той включи мощност от галванична батерия към краищата на един от първите проводници и свърза с галванометър към клемите на втория. Дизайнът е подобен на съвременния трансформатор. Периодично включвайки и изключвайки напрежението на първия проводник, той наблюдавал изблици на галванометъра.
Галванометърът е високо чувствителен инструмент за измерване на силата на малките токове.
По този начин е изобразен ефектът на магнитното поле, създадено от потока на тока в първия проводник върху състоянието на втория проводник. Този ефект се предава от първото към второто през сърцевината - метален тор. В резултат на изследването е установено и влиянието на постоянен магнит, който се движи в намотката върху неговата намотка.
Тогава Фарадей обяснява феномена на електромагнитната индукция по отношение на силовите линии. Друго е устройство за генериране на постоянен ток: медният диск се завърта близо до магнита, а проводникът, плъзгащ се по него, е токоприемник. Това изобретение се нарича Фарадеев диск.
Учените от този период не са разпознали идеите на Фарадей, но Максуел е направил изследването за основата на своята магнитна теория. През 1836 г. Майкъл Фарадей установява връзки за електрохимични процеси, които се наричат Фарадейски закони за електролиза. Първият описва съотношенията на масата на веществото и тока, протичащ върху електрода, и второто съотношение на масата на веществото в разтвора и енергията, избрана на електрода за определено количество електроенергия.
електродинамика
Първите работи се прилагат във физиката, по-специално в описанието на работата на електрически машини и устройства (трансформатори, двигатели и др.). В акта Фарадей се посочва: \ t
За една верига индуцираната едс е пряко пропорционална на величината на скоростта на магнитния поток, който се движи през тази верига със знак минус.
Това може да се каже с прости думи: колкото по-бързо се движи магнитния поток през веригата, толкова повече ЕМП се генерира в неговите терминали.
Формулата е следната:
Тук dФ е магнитният поток, а dt е единица време. Известно е, че първото производно време е скоростта. Т.е. скоростта на движение на магнитния поток в този конкретен случай. Между другото, тя може да се движи, както и източникът на магнитно поле (намотка с ток е електромагнит, или постоянен магнит), и верига.
Тук потокът може да се изрази със следната формула:
B е магнитното поле, а dS е площта на повърхността.
Ако разгледаме бобина с плътно навити намотки, докато в броя на намотките N, тогава законът на Фарадей е следният:
Магнитният поток във формулата за един завой, измерен в Вебер. Токът, протичащ във веригата, се нарича индукция.
Електромагнитна индукция - феноменът на текущия поток в затворен контур под влияние на външно магнитно поле.
Във формулите по-горе можете да забележите знаците на модула, без тях той да има малко по-различен вид, както е казано в първата формулировка, със знак минус.
Знакът минус обяснява правилото на Ленц. Токът, който възниква във веригата, създава магнитно поле, което е противоположно насочено. Това е следствие от закона за запазване на енергията.
Посоката на индукционния ток може да се определи от правилото на дясната ръка или от свирката, разгледахме го подробно на нашия уебсайт.
Както вече споменахме, поради явлението електромагнитна индукция работят електрически машини, трансформатори, генератори и двигатели. Илюстрацията показва потока на тока в намотката на котвата под влиянието на магнитното поле на статора. В случай на генератор, когато неговият ротор се върти от външни сили, в роторните намотки възниква ЕДС, токът генерира магнитно поле, насочено противоположно (същия минусов знак във формулата). Колкото по-голям е консумираният ток от натоварването на генератора, толкова по-голямо е магнитното поле и по-трудно е неговото въртене.
И обратно - когато токът тече в ротора, възниква поле, което взаимодейства с статорното поле и роторът започва да се върти. При натоварване на вала, токът в статора и в ротора се увеличава, докато е необходимо да се осигури превключването на намотките, но това е друга тема, свързана с проектирането на електрически машини.
В основата на работата на трансформатора, източникът на движещия се магнитен поток е променливото магнитно поле, възникващо в резултат на променлив ток, протичащ в първичната намотка.
Ако искате да изучите въпроса по-подробно, препоръчваме ви да гледате видеото, което разказва Закона на Фарадей за електромагнитна индукция по лесен и достъпен начин:
електролиза
В допълнение към изследванията на ЕМП и електромагнитната индукция, ученият прави големи открития в други дисциплини, включително химия.
Когато токът тече през електролита, йони (положителни и отрицателни) започват да бързат към електродите. Отрицателно се премества към анода, положителен към катода. В същото време на един от електродите се отделя определена маса от вещество, която се съдържа в електролита.
Фарадей провежда експерименти, пропускайки различен ток през електролита и измервайки масата на веществото, нанесено върху електродите, получени от моделите.
m = k * Q
m е масата на веществото, q е зарядът, а k зависи от състава на електролита.
Такса може да бъде изразена като текуща за определен период от време:
I = q / t, след това q = i * t
Сега можете да определите масата на веществото, която се освобождава, знаейки тока и времето, през което тече. Това се нарича Първият закон за електролизата на Фарадей.
Вторият закон:
Масата на химическия елемент, който ще се установи върху електрода, е право пропорционална на еквивалентната маса на елемента (молната маса, разделена на число, което зависи от химическата реакция, в която участва веществото).
С оглед на гореизложеното, тези закони се обединяват във формула:
m е масата на освобождаваното вещество в грамове, n е броят на електроните, прехвърлени в електродния процес, F = 986485 C / mol е броя на Фарадей, t е времето в секунди, M е моларната маса на веществото g / mol.
В действителност, поради различни причини, масата на освободеното вещество е по-малка от изчислената (при изчисляване с отчитане на протичащия ток). Съотношението между теоретични и реални маси се нарича текущ изход:
Bt = 100% * m calc / m теория
И накрая, препоръчваме ви да видите подробно обяснение на закона на Фарадей за електролиза:
Законите на Фарадей направиха значителен принос за развитието на съвременната наука, благодарение на неговата работа имаме електрически двигатели и електрически генератори (както и работата на неговите последователи). Работата на ЕМП и явлението електромагнитна индукция ни дадоха по-голямата част от съвременното електрическо оборудване, включително високоговорители и микрофони, без които не е възможно да се слушат записи и гласова комуникация. Процесите на електролиза се използват в метода на галваничното покритие на материалите за покритие, които са едновременно декоративни и практични.
Свързани материали:
- Закон Joule-Lenz
- Съпротивление на проводника спрямо температурата
- Законът на Ом в простите думи