Първият закон на Фарадей. ЕМП на индукция в проводник

Съществува връзка между масата на веществото, преобразувано по време на електролиза, и количеството електричество, преминало през електролита, което е отразено в двата закона на Фарадей.

I закон на Фарадей. За всеки даден електроден процес масата на преобразуваното вещество е право пропорционална на количеството електричество, преминало през електролита:

m = kQ,(2.10)

където ме масата на преобразуваното вещество, g; Q- количеството електричество (C), равно на произведениетосила на тока ( аз, A) за времето ( T, С); к-електрохимичният еквивалент на вещество, изразяващ броя грамове от него, преобразувани от една висулка електричество.

II Закон на Фарадей. Когато еднакво количество електричество преминава през разтвори на различни електролити, масата на всяко от веществата, подложени на трансформация, е пропорционална на неговия химичен еквивалент m 1:T 2:м 3 ... = м e1: м e2: м e3 ... (където м e е еквивалентната маса на вещество). Ако масата на едно от преобразуваните вещества по време на преминаването на определено количество електричество се окаже равна на неговата еквивалентна маса ( T 1 =m e1) , тогава за други вещества равенствата ще бъдат валидни м 2 = м e2, м 3 \u003d m e3 и т.н.

По този начин, за преобразуване на една еквивалентна маса на всяко вещество е необходимо същото количество електричество, наречено константа на Фарадей F(96494 C/mol). Константата на Фарадей е зарядът, носен от един мол електрони или един мол еднократно заредени йони (т.е. 6,02 1023 електрона или еднократно заредени йони).

Вторият закон на Фарадей може да се запише и по следния начин: за да се разреди един мол йони на електрода през разтвора, е необходимо да преминат толкова фарадеи електричество, колкото броя на елементарните заряди има дадения йон.

Въз основа на закона на Фарадей II човек може да пише

k = mд/ Е.(2.11)

Съотношенията (2.10) и (2.11) предполагат комбинираното уравнение на законите на Фарадей:

m =(мд/ Е)Q=(мд/ Е)То.(2.12)

Той се използва широко за различни изчисления в електрохимията. По-специално, най-точният начин за измерване на количеството електричество, преминало през верига, се основава на законите на Фарадей. Състои се в определяне на масата на веществото, освободено по време на електролиза на електрода. За тази цел се използват устройства, наречени кулометри. В лабораторната практика се използва меден кулометър, в който подкислен разтвор CuSO 4 с медни електроди. Важно е на електрода в кулометъра да протича само една електрохимична реакция и полученият продукт да е достъпен за точно количествено определяне. Например, цялото количество електричество, преминаващо през меден кулометър, се изразходва за прехвърляне на мед от анода към катода, където неговата маса се определя чрез гравиметричен метод.

AT изследователски целиизползвайте сребърен или газов кулометър, в който се измерва обемът на сместа (2H 2 + O 2), получена чрез електролиза на воден разтвор на КОН.

Използването на кулометри позволява да се определи делът на полезно изразходвания ток (т.е. токът, изразходван за получаване на полезен продукт), който се характеризира с текущата мощност. Изходният ток е съотношението на действително полученото по време на електролиза вещество към теоретично изчисленото. Обикновено токовият изход η се изразява като процент. Тогава:

η = ( мпрактика / мтеория) 100%. (2.13)

Може да се подходи към изчисляването на η по различен начин. Ако въз основа на (2.12) количеството полезно изразходвана електроенергия се определя от действително освободената маса на веществото Q’ тогава η ще бъде изразено като отношението на полезното електричество към неговото обща сумапремина през веригата:

η = ( Q’/Q)100%. (2.14)

Законите на Фарадей потвърждават концепцията за атомистичния характер на електричеството. Тези идеи са в основата на изчисляването на най-важната константа - константата на Авогадро. Връзка между константата на Фарадей Е,Аво-гадро ни заряда на електрона дследва от съотношението:

F/e = NА (2,15)

Приложение на електролизата.Разтворимата анодна електролиза се използва за пречистване на метали ( електрорафиниране). При електрорафинирането на мед плочи от пречистена мед се поставят в електролизера като анод (катод - плочи от предварително електролитно пречистена мед). Следните процеси протичат съответно на анода и катода:

Сu (замърсен) - 2 ē = Cu 2+,

Сu 2+ + 2 ē = Cu (чист).

Когато медта е електрорафинирана, примесите от по-благородни метали като Ag или Au не преминават в разтвор и се събират на дъното на електролизера. Замърсяването от по-малко благородни метали като Pb, Fe, Zn, подобно на самата мед, преминава в разтвор, но не се отлага върху катода и следователно не замърсява отложената върху него мед. В допълнение към медта, като разтворими аноди могат да се използват никел, кадмий, алуминий и други метали.

Електролизата с разтворим анод се използва в галванопластиката за покриване на някои метали с тънки слоеве от други ( галванопластика). В този случай продуктите с метално покритие са катод по време на електролиза, а металът за покритие се използва като анод. Технологично това е много удобно, тъй като концентрациите на йони (соли) в електролизния разтвор не се променят. Декоративни, устойчиви на корозия, втвърдяващи се повърхности (хромиране) се прилагат електрохимично. С помощта на покрития се възстановяват размерите на частите (ремонт). За да се гарантира, че покритието е здраво задържано, преди нанасяне на покритие металната повърхност се почиства старателно (шлайфа, полира) и обезмаслява (обработва се с горещ разтвор на сода, натрива се с тебешир, смесен с алкали и др.). За отстраняване на оксидите металната повърхност се гравира с 15 ... 20% разтвор на сярна киселина за 10 ... 15 минути. За окончателното отстраняване на оксидния филм детайлът се почиства обезглавяване, свързване преди поцинковане на кратко времекъм анода. Най-добрата адхезия на покритието към металната повърхност се наблюдава при финозърнести покрития. Желаната структура на покритието се постига чрез промяна на състава на електролита и режима на електролиза: ---------

Основи > Задачи и отговори

Електролиза. Законите на Фарадей

1 Намерете електрохимичния еквивалент на натрия. Моларна маса на натрийм \u003d 0,023 kg / mol, неговата валентност z \u003d 1. Фарадеева константа

Решение:

2 Цинкова анодна масам \u003d 5 g се поставят в електролитна баня, през която преминава токаз \u003d 2 A. След колко време T дали анодът ще бъде напълно изразходван за покриване на метални продукти? Електрохимичен еквивалент на цинк

Решение:

3 Намерете константата на Фарадей, ако при преминаване през електролитната баня на зарядар = 7348 C на катода се отделя маса златом \u003d 5 г. Химически еквивалент на злато A \u003d 0,066 kg / mol.

Решение:
Според комбинирания закон на Фарадей

оттук

4 Намерете елементарния електрически заряд e, ако масата на веществото, числено равна на химическия еквивалент, съдържа N o = N A /z атоми или молекули.

Решение:
Йоните в електролитен разтвор носят определен брой елементарни заряди, равни на валентността z. Когато се освободи маса от вещество, която е числено равна на неговия химичен еквивалент, през разтвора преминава заряд, който е числено равен на константата на Фарадей, т.е.

Следователно елементарният заряд

5 Моларна маса на среброто m 1 \u003d 0,108 kg / mol, неговата валентност z 1 = 1 и електрохимичен еквивалент. Намерете електрохимичния еквивалент на златото k2, ако моларната маса на златотом2 \u003d 0,197 kg / mol, неговата валентност z2 = 3.

Решение:
Според втория закон на Фарадей имаме

следователно електрохимичния еквивалент на златото

6 Намерете масите на веществата, освободени във времето T \u003d 10 h върху катодите на три електролитни вани, свързани последователно към мрежата постоянен ток. Анодите във ваните - мед, никел и сребро - се спускат съответно в разтвори на CuS O 4, NiS0 4 и AgNO 3 . Плътност на тока на електролизай =40 A/m2, площ на катода във всяка ванаС = 500 cm Електрохимични еквиваленти на мед, никел и сребро

Решение:
Течението в баните I=jS. Според първия закон на Фарадей, масите на веществата, освободени по време на електролиза

7 При никелиране на продуктите с течение на времето T = 2 h дебелина на отложения никелов слойл =0,03 мм.
Намерете плътността на тока по време на електролиза. Електрохимичен еквивалент на никел, неговата плътност

Решение:

8 Амперметър, свързан последователно с електролитната клетка, показва тока io \u003d 1,5A. Каква корекция трябва да се направи в показанията на амперметъра, ако през времето T \u003d 10 минути върху катода се отлага маса медм = 0,316 g? Електрохимичен еквивалент на медта.

Решение:
Според първия закон на Фарадей m = kI T , където I е токът във веригата; оттук I = m/kt \u003d 1,6 A, т.е. Показанията на амперметъра трябва да бъдат коригирани.

9 Искайки да провери правилността на показанията на волтметъра, той беше свързан паралелно с резистор с известно съпротивление R=30 Ом. Последователно в общата верига е включена електролитна баня, в която среброто се електролизира. По време на T \u003d 5 минути в тази баня се открои маса сребром = 55,6 mg. Волтметърът показа напрежение Vo \u003d 6 V. Намерете разликата между показанието на волтметъра и точната стойност на спада на напрежението върху резистора. Електрохимичен еквивалент на среброто.

Решение:
Според първия закон на Фарадей m = kl T , където I е токът във веригата. Точната стойност на спада на напрежението върху съпротивлението V=IR = mR/k T \u003d 4,91 V. Разликата между показанията на волтметъра и точната стойност на спада на напрежението

10 За посребряване на лъжици чрез разтвор на сребърна сол във времето T \u003d 5 h ток е преминалаз \u003d 1.8 A. Катодът ен \u003d 12 лъжици, всяка от които има площС =50 cm2. Колко дебел е слоят сребро, отложен върху лъжиците? Моларна маса на сребротом \u003d 0,108 kg / mol, неговата валентност z \u003d 1 и плътност .

Решение:
Дебелина на слоя

11 Две електролитни вани са свързани последователно. Първата баня съдържа разтвор на железен хлорид (FeCl 2 ), във втория - разтвор на железен хлорид (FeCl 3 ). Намерете масите на освободеното желязо върху катодите и хлора върху анодите във всяка баня, когато зарядът преминава през банята. Моларни маси на желязо и хлор.

Решение:
В първата баня желязото е двувалентно (z1=2), във втората баня е тривалентно (z2 = 3). Следователно, при преминаване през разтвори с еднакви заряди, върху катодите се отделят различни маси желязо: в първата баня

във втората баня

Тъй като валентността на хлорните атоми е z = 1, тогава на анода на всяка баня се отделя маса хлор

12 По време на електролиза на разтвор на сярна киселина (CuSО 4 ) консумирана мощност N=37 W. Намерете съпротивлението на електролита, ако навреме T = 50 минути се отделя маса водородм = 0,3 г. Моларна маса на водородам \u003d 0,001 kg / mol, неговата валентност z \u003d 1 .

Решение:

13 При електролитния метод за производство на никел W се изразходва за единица маса m = 10 kWh h/kg електроенергия. Електрохимичен еквивалент на никел. При какво напрежение се извършва електролизата?

Решение:

14 Намерете масата на освободената мед, ако за получаването й по електролитен метод е изразходвана W = 5 kWз ч електричество. Електролизата се извършва при напрежение V =10 V, к.п.д инсталациич =75%. Електрохимичен еквивалент на медта.

Решение:
ефективност инсталации

където q е зарядът, преминаващ през ваната. Маса на освободената мед m=kq; оттук

15 Какъв заряд преминава през разтвор на сярна киселина (CuS O 4 ) във времето t \u003d 10 s, ако токът през това време нараства равномерно от I 1 =0 до I 2 = 4A? Каква маса мед се отделя на катода в този случай? Електрохимичен еквивалент на медта.

Решение:
Среден ток

Зарядът, преминаващ през разтвора

Намиране на такса графичнопоказано на фиг. 369. На графиката на тока спрямо времето защрихованата област е числено равна на заряда. Масата на медта, отложена на катода,

16 При рафиниране на мед чрез електролиза към последователно свързани електролитни вани с общо съпротивление R = 0,5 Ohm се прилага напрежение V = 10 V. Намерете масата на чистата мед, отложена върху катодите на ваната за време T =10ч емф поляризацияд = 6 V. Електрохимичен еквивалент на мед.

Решение:

17 По време на електролиза на вода през електролитна баня за известно време t = 25 минути ток I \u003d 20 A. Каква е температурата T освободен кислород, ако е в обем V = 1 l под налягане p = 0,2 MPa? Моларна маса на водатам \u003d 0,018 kg / mol. Електрохимичен еквивалент на кислорода.

Решение:

където R \u003d 8,31 J / (mol K) е газовата константа.

18 При електролитния метод за производство на алуминий W се изразходва за единица маса 1 m = 50 kWh h/kg електроенергия. Електролизата се извършва при напрежение V1 = 1 6,2 V. Каква ще бъде консумацията на мощност W 2м на единица маса при напрежение V2 = 8, 1 V?
Решение:

електролити

Определение 1

Феноменът на освобождаване на електрически ток от химикал съставни частипроводник по време на преминаване на ток се нарича електролиза.

Електролизата може да не настъпи във всички проводници. Сред проводниците, в които не протича електролиза, са метали, въглища и други съединения (Това са проводници от първи вид). Проводниците, в които е възможна електролиза, се наричат ​​проводници от втори род или електролити. Електролитите са голям брой водни разтворикиселини, соли, някои течни и твърди съединения.

Явлението електролиза често се придружава от химични реакции (вторични реакции), които не са свързани с преминаването на ток. По време на електролиза металите и водородът винаги се освобождават на отрицателния полюс (катод), а остатъкът на положителния полюс (анод) химическо съединение. Компонентите на електролита се отделят само при електродите. Феноменът на освобождаване на електролитни съставки върху електродите по време на преминаването електрически токе изследван от М. Фарадей.

Законите на Фарадей за електролизата не трябва да се бъркат със закона електромагнитна индукцияФарадей, като се има предвид електрическа веригаи сила в него. Този закон се отнася до зависимостта на ЕМП от скоростта на изменение на магнитния поток.

Явлението електролиза отразява факта, че молекулите на разтвореното вещество в електролита съществуват като две части: йон с положителен знак и йон с отрицателен знак. Под влияние на външни електрическо полетези йони се движат: положителните йони към катода, отрицателните йони към анода. Така, когато отрицателен йон достигне анода, той предава заряда си на електрода, което води до промяна в неговия заряд. Следователно определен брой електрони преминават през външната верига. Йонът става неутрален и се освобождава на анода, подобно на атом или молекула. Положителният йон отнема определен брой електрони от катода (колкото са му необходими за неутрализиране), което генерира освобождаването му на катода.

Забележка 1

На анода се открояват йони с отрицателен заряд, наречени от Фарадей аниони, а положително заредените йони - катиони.

Законите на Фарадей

Фарадей установи експериментално два основни закона на електролизата. В съответствие с първия закон масата на веществото $(m)$, което се отделя на един от електродите, е право пропорционално на заряда $(q)$, преминал през електролита:

$m=Kq\ляво(1\дясно),$

където $K$ е електрохимичният еквивалент, който е различен за различните електролити. $K$ равна на масатаелектролит, който се отделя при преминаване на заряда $q=1Kl$. Основната единица за измерване на електрохимичния коефициент е $\frac(kg)(C)$.

Освен това Фарадей отбеляза, че електрохимичният еквивалент винаги е пропорционален на моларната маса на веществото ($\mu $) и обратно пропорционален на валентността $(Z)$. Съотношението $\frac(\mu )(Z)$ се нарича химичен еквивалент на вещество.

Според втория закон на Фарадей: електрохимичният еквивалент е право пропорционален на химичния еквивалент за избраното вещество:

$K=\frac(C\mu )(Z)=\frac(\mu )(FZ)\left(2\right),$, където:

• $C=\frac(1)(F)$ - постоянна стойност за всички вещества,
• $F$ - Константата на Фарадей.

Първият и вторият закон на Фарадей за електролизата често се изразяват с една и съща формула, а именно:

$m=\frac(\mu )(Z)\frac(q)(F)\left(3\right).$

Емпирично е получено, че в SI $F=9,65(\cdot 10)^4\frac(C)(mol)$ е фундаментална физическа константа, отразяваща съотношението на електрохимичните и физични свойствавещества. И е известно, че:

$F=q_eN_A\left(4\right),$ където:

• $q_e$ - заряд на електрона,
• $N_A$ - Константата на Авогадро.

Законите на Фарадей могат да бъдат обяснени по отношение на йонната проводимост. Да приемем, че броят на йоните, освободени на един от електродите по време на електролиза, е равен на $\nu $, зарядът на един от йоните е равен на $q_1$. Следователно общият заряд, преминал през електролита, който е бил засегнат от външно електрическо поле, е равен на:

$q=q_1\nu \left(5\right).$

Нека масата на един йон е равна на $m_1$, тогава масата на веществото, което се отделя върху електрода е равно на:

$m=m_1\nu \наляво(6\надясно).$

Експресно от (5) $\nu $, получаваме:

$\nu =\frac(q)(q_1)\left(7\right).$

Заместете (7) в (6), имаме:

$m=\frac(m_1)(q_1)q\left(8\right).$

Израз (8) не е нищо друго освен първия закон на Фарадей, където:

$K=\frac(m_1)(q_1)=\frac(m_1N_A)(q_1N_A)=\frac(\mu )(q_1N_A)\left(9\right).$

Нека сравним изрази (2) и (9), получаваме, че:

$q_1=\frac(ZF)(N_A)\left(10\right).$

В израз (10) получихме, че зарядът на йон в електролит е пропорционален на валентността на веществото $(Z)$. Този резултат показва, че електрическите заряди на йоните са кратни един на друг. Йоните на едновалентните вещества имат минимален заряд, равен на заряда на електрона.

Пример 1

Упражнение:Намерете скоростта $v,$, с която се увеличава слоят материя, който е проводник от втори род плоска повърхностелектрод по време на електролиза с преминаване на ток, чиято плътност е равна на $j$. Да приемем, че електролитът има валентност, равна на $Z$, плътност $\rho ,\ моларна\ маса\ \mu .$

Решение:

Като основа за решаване на проблема прилагаме комбинирания закон на Фарадей:

$m=\frac(\mu )(Z)\frac(q)(F)\left(1.1\right),$

където $q=It$, $I$ е силата на тока, протичащ през електролита, $t$ е времето, през което е протекъл токът. Ако приемем, че отлагането на никел протича равномерно върху металната повърхност, тогава масата на утаеното вещество може да бъде записана като:

$m=\rho Sh\ \left(1.2\right),$

където $\rho $ е плътността на никела, $S$ е площта на металната повърхност, $h$ е дебелината на никеловия слой. Силата на тока, изразяваме чрез неговата плътност:

$I=jS\left(1.3\right).$

Заместете в израза (1.1) силата на тока от (1.3) и масата от (1.2), получаваме:

$\rho Sh=\frac(\mu)(Z)\frac(jSt)(F)\to \rho h=\frac(\mu)(Z)\frac(jt)(F)\left(1.4\ надясно).$

Ако плътността на тока е постоянна, тогава скоростта ($v=\frac(h)(t)$) на нарастване на никеловия слой също е постоянна. Разделяме двете части на израз (1.4) по време, имаме:

$\rho \frac(h)(t)=\frac(\mu )(Z)\frac(j)(F)\to v=\frac(\mu )(Z)\frac(j)(\rho F).$

Отговор: $v=\frac(\mu )(Z)\frac(j)(\rho F).$

Пример 2

Упражнение:През електролитния разтвор за време $t$ протича ток със сила $I$. Какво количество от веществото $(\nu)$ ще се отдели на катода, какъв е броят на атомите $(N)$ на веществото в този случай, ако металът има валентност $Z$.

Решение:

Нека вземем комбинирания закон на Фарадей като основа за решаване на проблема:

$m=\frac(\mu )(Z)\frac(q)(F)\left(2.1\right),$

където $q=It$, $I$ е силата на тока, протичащ през електролита, $t$ е времето, през което е протекъл токът. В същото време знаем, че:

$\nu =\frac(m)(\mu )\left(2.2\right).$

Разделете дясната и лявата част на израз (2.1) на моларната маса ($\mu $) на електролитното вещество, получаваме:

$\nu =\frac(1)(Z)\frac(q)(F)=\frac(It)(ZF)\left(2.3\right),$

където $q=It.$ Броят на утаените атоми се намира по формулата:

$N=\nu \cdot N_A=\frac(It)(ZF)N_A.$

Отговор: $\nu =\frac(It)(ZF),\ N=\frac(It)(ZF)N_A.$

Електрическият ток, преминаващ през електролитни разтвори, допринася за разлагането на веществата и прави възможно получаването на химически чисти материали. Този процес се нарича електролиза, който се използва широко в промишлено производство. Физическата трансформация на проводниците в течност обяснява закона на Фарадей за електролизата, въз основа на който анодът действа като положителен електрод, а катодът като отрицателен.

С помощта на това явление се извършва не само почистването на металите от примеси, но и нанасянето на тънки покрития, които защитават и украсяват металните повърхности.

Същността на процеса на електролиза

Електролизата се отнася до процесите на редокс реакции, протичащи под принудителното въздействие на електрически ток. За изпълнението му се използва специален контейнер с електролитен разтвор, в който се потапят метални щифтове, свързани към външен източник на захранване.

Електрод, свързан към полюс отрицателна стойностизточникът на ток се счита за катод. Именно на това място се възстановяват електролитните частици. Другият електрод е свързан към положителния полюс и се нарича анод. В тази зона материалът на електрода или частиците на електролита се окисляват. Химичните реакции в тази област протичат по различни начини, в зависимост от материала на анода и състава на електролитния разтвор. Следователно, според химията, електродите по отношение на електролита могат да бъдат инертни или разтворими.

Инертната категория включва аноди, направени от материал, който не се окислява по време на електролиза. Пример за това са графитни или платинени електроди. Разтворими са почти всички други видове метални аноди, подложени на окисляване по време на електролитна реакция.

Електролитите са най-често различни видоверазтвори или стопилки, вътре в които има хаотично движение на заредени частици – йони. Когато върху тях действа електрически ток, те започват да се движат в определена посока: катиони - към катода, аниони - към анода. Попадайки върху електродите, те губят заряда си и се утаяват върху тях.

По този начин върху катода и анода има натрупване на така наречените общи продукти, състоящи се от електрически неутрални вещества. Целият процес на електролиза се извършва под напрежение, приложено към електродите. Това напрежение U ел-за е типичен примернеобходими за осигуряване на нормално протичане на електролитни реакции. Чисто теоретично това напрежение приема формата на формулата: U el-za \u003d E a - E k, в която E a и E k са потенциали химична реакциявъзникващи на анода и катода.

Съществува определена връзка между количеството електричество, протичащо през разтвора, и количеството вещество, освободено по време на електролитната реакция. Това явление е описано английски физикФарадей и оформен под формата на два закона.

Първият закон на Фарадей

Този закон е изведен от учените експериментално. Той определя пропорционалната връзка между масата на образуваното върху електрода вещество и заряда, преминаващ през електролитния разтвор.

Тази пропорция се показва визуално чрез формулата m=k x Q=k x I x t, където k е коефициентът на пропорционалност или електрохимичният еквивалент, Q е зарядът, който е преминал през електролита, t е времето за преминаване на заряда, m е маса на веществото, образувано върху електрода в резултат на реакциите.

Първият закон на Фарадей се използва за определяне на количеството първични продукти, образувани по време на електролиза върху електродите. Масата на това вещество е общата маса на всички йони, които са паднали върху електрода. Това се потвърждава от формулата m=m0 x N = m0 x Qq0 = m0q0 x I x t, в която m0 и q0 са съответно масата и зарядът на единичен йон. N=Qq0 - определя броя на йоните, които удрят електрода при преминаване на заряда Q през електролитния разтвор.

Следователно стойността на електрохимичния еквивалент k е съотношението на масата на йона m0 на използваното вещество и заряда q0 на този йон. Известно е, че стойността на заряда на йон е продуктът на валентността n на това вещество и елементарен заряд e, тоест q0 = n x e. Въз основа на това електрохимичният еквивалент на k ще изглежда така: k = m0q0 = m0 x NAn x e x NA = 1F x μn. В тази формула NA е константата на Авогадро, μ е моларна маса дадено вещество. F \u003d e x NA е константата на Фарадей и е 96485 C / mol.

Числената стойност на тази величина е равна на заряда, който трябва да премине през разтвора на електролита, за да се освободи върху електрода 1 mol вещество със същата валентност. Разглежданият закон на Фарадей за електролизата ще приеме формата на друга формула: m = 1F x μn x I x t.

Вторият закон на Фарадей

Следният закон на учения Фарадей описва как ще зависи електрохимичният еквивалент атомна масавещество и неговата валентност. Този коефициент ще има права линия пропорционална зависимостс атомно тегло и обратно пропорционална на валентността на веществото. С въвеждането на тази стойност, вторият закон на Фарадей е формулиран като пропорция на електрохимичните еквиваленти на дадено вещество и присъщите химични еквиваленти на тези вещества.

Ако стойностите на електрохимичните еквиваленти се приемат като k1, k2, k3…kn, а химичните еквиваленти се приемат като x1, x2, x3…xn, тогава k1/x1 = k2/x2 = k3/x3…kn/xn. Това съотношение е постоянна стойност, същото за всички използвани вещества: с = k/x и е 0,01036 meq/q. Това е количеството вещество в милиграм еквиваленти, което се освобождава върху електродите по време на периода на преминаване в електролита електрически зарядравен на един кулон.

Следователно вторият закон на Фарадей може да бъде представен като формула: k = cx. Ако този израз се използва заедно с първия закон на Фарадей, тогава резултатът ще бъде следния израз: m = kq = cxq = cxlt. Тук категорията c е универсална константа в размер на 0,00001036 g-eq / k. Такава формулировка позволява да се разбере, че едни и същи токове, преминали през същия период от време в два различни електролита, ще отделят вещества от тях в съответствие с разглеждания химичен еквивалент.

Тъй като x = A / n, тогава масата на освободеното вещество ще изглежда като m = cA / nlt, в пряка пропорция на атомното тегло и обратно пропорционална на валентността.

Електричеството има способността да генерира магнитно поле. През 1831 г. М. Фарадей въвежда понятието електромагнитна индукция. Той успя да получи електричество в затворена система от проводници, която се появява при промяна на магнитния поток. Формулата на закона на Фарадей даде тласък на развитието на електродинамиката.

Историята на развитието

След доказването на закона за електромагнитната индукция от английския учен М. Фарадей, руските учени Е. Ленц и Б. Якоби работят върху откритието. Благодарение на тяхната работа, днес разработеният принцип е в основата на функционирането на много устройства и механизми.

Основните звена, в които се прилага законът на Фарадей за електромагнитната индукция, са двигател, трансформатор и много други устройства.

Електромагнитна индукция се нарича индукция в затворена проводяща система на електрически ток. Това явление става възможно по време на физическо движение през проводниковата система. магнитно поле. механично действиегенерира електричество. Нарича се индукция. Преди откриването на закона на Фарадей човечеството не е знаело за други начини за създаване на електричество, освен за галванопластика.

Ако магнитно поле преминава през проводник, a Индукция на ЕМП. Тя също се нарича електродвижеща сила. С помощта на това откритие е възможно да се определи количествено показателят.

Експериментално доказателство

Провеждайки своите изследвания, английският учен установи, че индукционният ток се получава по един от двата начина. В първия експеримент се появява, когато рамката се движи в магнитно поле, създадено от фиксирана намотка. Вторият метод предполага фиксирана позиция на рамката. В този експеримент само полето на бобината се променя, когато тя се движи или токът в нея се променя.

Експериментите на Фарадей довели изследователя до извода, че при генериране индукционен токпровокирани от увеличаване или намаляване на магнитния поток в системата. Освен това експериментите на Фарадей позволиха да се твърди, че стойността на електричеството, получена емпирично, не зависи от методологията, чрез която е променен потокът на магнитната индукция. Индикаторът се влияе само от скоростта на такава промяна.

количествен израз

Инсталирай количествена стойностявленията на електромагнитната индукция позволява законът на Фарадей. Той гласи, че ЕМП, която се определя в системата, променя стойността си пропорционално на скоростта на потока в проводника. Формулата ще изглежда така:

Отрицателният знак показва, че ЕМП предотвратява появата на промени във веригата. За решаване на някои задачи във формулата не се поставя отрицателен знак. В този случай резултатът се записва като модул.

Системата може да включва няколко завоя. Броят им е посочен латиницаН. Всички контурни елементи са пронизани с един магнитен поток. Едс на индукция ще се изчисли, както следва:

Ярък пример за пресъздаване на електричество в проводник е намотка, през която се движи постоянен магнит.

Работата на Е. Ленц

Насочеността на индукционния ток позволява да се дефинира правилото на Ленц. Кратката формулировка звучи достатъчно просто. Токът, който се появява при промяна на индикаторите на полето на веригата на проводника, поради неговото магнитно поле, предотвратява такава промяна.

Ако в намотката постепенно се въведе магнит, нивото на магнитния поток в нея се увеличава. Според правилото на Ленц магнитното поле ще има посока, обратна на нарастването на полето на магнита. За да разберете тази посока, е необходимо да погледнете магнита с северната страна. Оттук ще се завинти гилетът Северен полюс. Токът ще се движи по посока на часовниковата стрелка.

Ако магнитът бъде изваден от системата, магнитният поток в него ще намалее. За да зададете посоката на тока, гилетът се развива. Ротацията ще бъде изпратена до обратна странадвижение по циферблата по часовниковата стрелка.

Формулировките на Ленц придобиват голямо значениеза система със затворен контур и без съпротивление. Обикновено се нарича идеален контур. Според правилото на Ленц е невъзможно да се увеличи или намали магнитният поток в него.

Концепцията за самоиндукция

Генериране на индукция в идеална система, което възниква, когато електричеството спада или се увеличава в проводник, се нарича самоиндукция.

Законът на Фарадей за самоиндукция се изразява с равенство, когато не са настъпили други промени при промяна на електричеството:

където e е ЕМП, L е индуктивността на затворена бобина, ΔI/Δt е скоростта, с която настъпват промени в тока.

Индуктивност

Съотношението, което показва пропорционалността между такива категории като силата на тока в проводяща система и магнитния поток, се нарича индуктивност. Индикаторът се влияе от физическите размери на намотката и магнитни характеристикиоколен свят. Отношението се описва с формулата:

Електричеството, което се движи във веригата, провокира появата на магнитно поле. Той прониква в собственото си превозно средство и изтегля своя ток през веригата. И собствена нишкапропорционално на електричеството, което го генерира:

Стойността на индуктивността също се формира от закона на Фарадей.

Неподвижна система

Силата на Лоренц обяснява възникването на ЕМП, когато системата се движи в поле с постоянна стойност. Индуктивният ЕМП има способността да възниква дори при неподвижна проводяща система в променливо магнитно поле. Силата на Лоренц в такъв пример не е в състояние да обясни появата на индукционната ЕМП.

Maxwell за проводящи системи от фиксиран тип, предложени за използване специално уравнение. Това обяснява появата на ЕМП в такива системи. Основният принцип на закона на Фарадей-Максуел е фактът, че променливото поле образува електрическо поле в пространството около него. Той действа като фактор, провокиращ появата на индукционен ток в неподвижна система. Преместването на вектор (E) по стационарни вериги (L) е ЕМП:

При наличие на ток променлива стойностЗаконите на Фарадей са въведени в уравненията на Максуел. Освен това те могат да бъдат представени като диференциална форма, и под формата на интеграли.

Сборници в областта на електролизата

При използване на законите на Фарадей се описват закономерностите, които съществуват по време на електролизата. Този процес се състои в превръщането на вещества с различни характеристики. Това се случва, когато електричеството преминава през електролит.

Тези модели са доказани от М. Фарадей през 1834 г. Първото твърдение казва, че масата на веществото, което се образува върху електрода, се променя в зависимост от заряда, преместен през електролита.

Второто твърдение казва, че еквивалентите на компоненти с различни характеристики са пропорционални на химичните еквиваленти на тези компоненти.

И двете представени твърдения са комбинирани в комбинирания закон на Фарадей. От това следва, че числото на Фарадей ще бъде равно на електричеството, което може да освободи 1 мол вещество върху електролит. Изчислява се за единица валентност. Чрез комбинираната формула зарядът на електрона е изчислен през 1874 г.

Законите на електролизата, установени от Фарадей, бяха тествани при различен смисълток, температура, налягане, както и едновременното отделяне на две или повече вещества. Електролизата също се извършва в различни стопилки и разтворители. Концентрацията на електролита също се различава в различните експерименти. В същото време понякога се наблюдават малки отклонения от закона на Фарадей. Те са обяснени електронна проводимостелектролити, което се определя наравно с йонната проводимост.

Откритията, направени от английския физик М. Фарадей, позволиха да се опишат много явления. Неговите закони са в основата на съвременната електродинамика. Съгласно този принцип работи различно модерно оборудване.