Второй закон фарадея гласит: Закон Фарадея для электролиза – формула и примеры

Закон Фарадея для электролиза – формула и примеры

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 263.

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 263.

В 1836 году Майкл Фарадей опубликовал выведенные математически количественные характеристики электролиза. Обнаруженные взаимосвязи между количеством прошедшего через электролит электричества и количеством выделившегося при этом вещества впоследствии были названы законами Фарадея для электролиза.

Первый закон

Если пропускать через раствор медного купороса электрический ток в течение определённого количества времени, то на катоде выделяется небольшое количество меди. Однако если пустить ток большей силы, за такое же количество времени на катоде образуется большее количество меди. При увеличении времени и одинаковой силе тока также увеличивается количество меди.

Рис. 1. Майкл Фарадей.

Фарадей установил взаимосвязь массы вещества, силы тока и времени. Математически эта взаимосвязь выражается следующим образом:

m = kIt,

где:

• m – масса вещества;
• k – электрохимический эквивалент;
• I – сила тока;
• t – время.

Электрохимический эквивалент – это масса вещества, образованная при прохождении через электролит тока в 1 А за одну секунду. Выражается как соотношение массы вещества к количеству электричества или г/Кл.

Произведение силы тока и времени выражает количество электричества: q = It. Это электрический заряд, измеряемый в кулонах (один ампер к одной секунде). Электрический заряд отражает способность тела быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Соответственно, уравнение Фарадея приобретает вид:

m = kq.

Рис. 2. Первый закон Фарадея.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.

Второй закон

Фарадей, пропуская электрический ток одинаковой силы через различные электролиты, заметил, что массы веществ на электродах неодинаковы. Взвесив выделившиеся вещества, Фарадей сделал вывод, что вес зависит от химической природы вещества. Например, на каждый грамм выделенного водорода приходилось 107,9 г серебра, 31,8 г меди, 29,35 г никеля.

На основе полученных данных Фарадей вывел второй закон электролиза: для определённого количества электричества масса химического элемента, образовавшегося на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента. Она равна массе одного эквивалента – количеству вещества, реагирующему или замещающему 1 моль атомов водорода в химических реакциях:

μ_eq = μ/z,

где:

• μ – молярная масса вещества;
• z – число электронов на один ион (валентное число ионов).

Для выделения одного моля эквивалента затрачивается одинаковое количество электричества – 96485 Кл/моль. Это число называется числом Фарадея и обозначается буквой F.

Согласно второму закону, электрохимический эквивалент прямо пропорционален эквивалентной массе вещества:

k = (1/F) μ_eq или k = (1/zF)μ.

Рис. 3. Второй закон Фарадея.

Два закона Фарадея можно привести к общей формуле: m = (q / F) ∙ (μ/z).

Что мы узнали?

Фарадей, проводя реакцию электролиза разных веществ, вывел два закона. Согласно первому закону, масса вещества, осевшего на электрод, прямо пропорциональная количеству электричества, пропущенного через электролит: m = kq. Второй закон отражает взаимосвязь электрохимического эквивалента и эквивалентной массы вещества: k = (1/F) μ_eq. Электрохимический эквивалент – количество выделившегося вещества при прохождении единицы электричества. Эквивалентная масса – количество вещества, реагирующее с 1 молем водорода.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Лиза Шифр

  4/5

• Евгений Пшеничный

  5/5

• Татьяна Батарон

  4/5

Оценка доклада

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 263.

---

А какая ваша оценка?

Законы Фарадея в химии и физике — краткое объяснение простыми словами

Для описания процессов в физике и химии есть целый ряд законов и соотношений, полученных экспериментальным и расчетным путем. Ни единого исследования нельзя провести без предварительной оценки процессов по теоретическим соотношениям. Законы Фарадея применяются и в физике, и в химии, а в этой статье мы постараемся кратко и понятно рассказать о всех знаменитых открытиях этого великого ученого.

• История открытия
• Электродинамика
• Электролиз

История открытия

Закон Фарадея в электродинамике был открыт двумя ученными: Майклом Фарадеем и Джозефом Генри, но Фарадей опубликовал результаты своих работ раньше – в 1831 году.

В своих демонстрационных экспериментах в августе 1831 г. он использовал железный тор, на противоположные концы которого был намотан провод (по одному проводу на стороны). На концы одного первого провода он подал питание от гальванической батареи, а на выводы второго подключил гальванометр. Конструкция была похожа на современный трансформатор. Периодически включая и выключая напряжение на первом проводе, он наблюдал всплески на гальванометре.

Гальванометр — это высокочувствительный прибор для измерения силы токов малой величины.

Таким образом было изображено влияние магнитного поля, образовавшегося в результате протекания тока в первом проводе, на состояние второго проводника. Это воздействие передавалось от первого ко второму через сердечник – металлический тор. В результате исследований было обнаружено и влияние постоянного магнита, который двигается в катушке, на её обмотку.

Тогда Фарадей объяснял явление электромагнитной индукции с точки зрения силовых линий. Еще одной была установка для генерирования постоянного тока: медный диск вращался вблизи магнита, а скользящий по нему провод был токосъёмником. Это изобретение так и называется — диск Фарадея.

Ученные того периода не признали идеи Фарадея, но Максвелл взял исследования для основы своей магнитной теории. В 1836 г. Майкл Фарадей установил соотношения для электрохимических процессов, которые назвали Законами электролиза Фарадея. Первый описывает соотношения выделенной на электроде массы вещества и протекающего тока, а второй соотношения массы вещества в растворе и выделенного на электроде, для определенного количества электричества.

Электродинамика

Первые работы применяются в физике, конкретно в описании работы электрических машин и аппаратов (трансформаторов, двигателей и пр.). Закон Фарадея гласит:

Для контура индуцированная ЭДС прямо пропорциональна величине скорости магнитного потока, который перемещается через этот контур со знаком минус.

Это можно сказать простыми словами: чем быстрее магнитный поток движется через контур, тем больше на его выводах генерируется ЭДС.

Формула выглядит следующим образом:

Здесь dФ – магнитный поток, а dt – единица времени. Известно, что первая производная по времени – это скорость. Т.е скорость перемещения магнитного потока в данном конкретном случае. Кстати перемещаться может, как и источник магнитного поля (катушка с током – электромагнит, или постоянный магнит), так и контур.

Здесь же поток можно выразить по такой формуле:

B – магнитное поле, а dS – площадь поверхности.

Если рассматривать катушку с плотнонамотанными витками, при этом в количестве витков N, то закон Фарадея выглядит следующим образом:

Магнитный поток в формуле на один виток, измеряется в Веберах. Ток, протекающий в контуре, называется индукционным.

Электромагнитная индукция – явление протекания тока в замкнутом контуре под воздействием внешнего магнитного поля.

В формулах выше вы могли заметить знаки модуля, без них она имеет слегка иной вид, такой как было сказано в первой формулировке, со знаком минус.

Знак минус объясняет правило Ленца. Ток, возникающий в контуре, создает магнитное поле, оно направлено противоположно. Это является следствием закона сохранения энергии.

Направление индукционного тока можно определить по правилу правой руки или буравчика, мы его рассматривали на нашем сайте подробно.

Как уже было сказано, благодаря явлению электромагнитной индукции работают электрические машины трансформаторы, генераторы и двигатели. На иллюстрации показано протекание тока в обмотке якоря под воздействием магнитного поля статора. В случае с генератором, при вращении его ротора внешними силами в обмотках ротора возникает ЭДС, ток порождает магнитное поле направленное противоположно (тот самый знак минус в формуле). Чем больше ток, потребляемый нагрузкой генератора, тем больше это магнитное поле, и тем больше затрудняется его вращение.

И наоборот — при протекании тока в роторе возникает поле, которое взаимодействует с полем статора и ротор начинает вращаться. При нагрузке на вал ток в статоре и в роторе повышается, при этом нужно обеспечить переключение обмоток, но это уже другая тема, связанная с устройством электрических машин.

В основе работы трансформатора источником движущегося магнитного потока является переменное магнитное поле, возникающее в следствие протекания в первичной обмотке переменного тока.

Если вы желаете более подробно изучить вопрос, рекомендуем просмотреть видео, на котором легко и доступно рассказывается Закон Фарадея для электромагнитной индукции:

Электролиз

Кроме исследований ЭДС и электромагнитной индукции ученный сделал большие открытия и в других дисциплинах, в том числе химии.

При протекании тока через электролит ионы (положительные и отрицательные) начинают устремляться к электродам. Отрицательные движутся к аноду, положительные к катоду. При этом на одном из электродов выделяется определенная масса вещества, которое содержится в электролите.

Фарадей проводил эксперименты, пропуская разный ток через электролит и измеряя массу вещества отложившегося на электродах, вывел закономерности.

m=k*Q

m – масса вещества, q – заряд, а k – зависит от состава электролита.

А заряд можно выразить через ток за промежуток времени:

I=q/t, тогда q = i*t

Теперь можно определить массу вещества, которое выделится, зная ток и время, которое он протекал. Это называется Первый закон электролиза Фарадея.

Второй закон:

Масса химического элемента, который осядет на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента (молярной массе разделенной на число, которое зависит от химической реакции, в которой участвует вещество).

С учетом вышесказанного эти законы объединяются в формулу:

m – масса вещества, которое выделилось в граммах, n – количество переносимых электронов в электродном процессе, F=986485 Кл/моль – число Фарадея, t – время в секундах, M молярная масса вещества г/моль.

В реальности же из-за разных причин, масса выделяемого вещества меньше чем расчетная (при расчетах с учетом протекающего тока). Отношение теоретической и реальной масс называют выходом по току:

B_т = 100% * m_расч/m_теор

Ну и напоследок рекомендуем просмотреть подробное объяснение закона Фарадея для электролиза:

Законы Фарадея внесли существенный вклад в развитие современной науки, благодаря его работам мы имеем электродвигатели и генераторы электроэнергии (а также работам его последователей). Работа ЭДС и явления электромагнитной индукции подарили нам большую часть современного электрооборудования, в том числе и громкоговорители и микрофоны, без которых невозможно прослушивание записей и голосовая связь. Процессы электролиза применяются в гальваническом методе покрытия материалов, что несет как декоративную ценность, так и практическую.

Похожие материалы:

• Закон Джоуля-Ленца
• Зависимость сопротивления проводника от температуры
• Закон Ома простыми словами

Второй закон электролиза Фарадея – Заметки по химии

2

Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Согласно программе JEE Main 2020, закон электролиза Фарадея является очень важной темой. Сегодня мы обсудим второй закон Фарадея об электролизе. Чтобы узнать, что утверждает этот закон Фарадея, мы должны сначала узнать, что такое электролит? Читайте дальше, чтобы узнать больше!

Содержание

• Что такое электролиз?
• Первый закон Фарадея
• Второй закон Фарадея
• Химический эквивалент

Что такое электролиз?

Электролиз – это способ разделения жидкости на химические части путем пропускания через нее постоянного электрического тока. Электролиз имеет коммерческое значение при разделении элементов из природных источников, таких как руды, с помощью электролизера.

Всякий раз, когда электролит растворяется в воде, его молекулы расщепляются на ионы (положительные и отрицательные). Положительные ионы перемещаются к электродам, соединенным с отрицательной клеммой батареи, где эти положительные ионы притягивают к себе электроны, превращаясь в атом чистого металла и оседая на электроде.

Отрицательные ионы перемещаются к электроду, соединенному с положительной клеммой батареи, где эти отрицательные ионы отдают свои дополнительные электроны. Но SO4 не может существовать в электрически нейтральном состоянии, он воздействует на металлический положительный электрод и образует сульфат металла, который снова растворяется в воде.

Мы изучали электролиз. Теперь перейдем к законам электролиза Фарадея. Прежде чем изучать второй закон Фарадея, давайте взглянем на первый закон Фарадея электролиза.

Первый закон Фарадея

Он гласит, что химическое осаждение из-за протекания тока через электролит прямо пропорционально количеству прошедшего через него электричества. т.е.

         m = Z.Q

Где m — масса химического разложения, Z — константа пропорциональности, а Q — количество электричества.

Теперь давайте изучим второй закон электромагнитной индукции Фарадея.

Второй закон Фарадея

Второй закон электролиза Фарадея гласит, что при пропускании одного и того же количества электричества через разные электролиты массы различных ионов, высвобождающихся на электродах, прямо пропорциональны их химическим эквивалентным весам.

То есть W пропорциональна E, где W — масса вещества в граммах, а E — его химический эквивалентный вес в граммах на эквивалент

Химический эквивалент

Мы можем определить химический эквивалент или эквивалентный вес вещества по законам электролиза Фарадея, и он определяется как вес той субаренды, которая будет соединяться с единицей веса водорода или вытеснять ее.

Химический эквивалент водорода равен единице. Поскольку валентность вещества равна числу атомов водорода, которые можно заменить или соединить, химический эквивалент вещества можно определить как отношение его атомного веса к его валентности.

Мы надеемся, что эта статья поможет вам подготовиться к основному экзамену JEE. Приближается последняя дата ЕГЭ. Убедитесь, что вы правильно заполнили форму заявки JEE Main 2020!

Читайте наши блоги на различные темы, связанные с наукой

Как известно, практика — ключ к успеху. Поэтому улучшите свою подготовку, начав практику прямо сейчас.

Попробуйте основной пробный тест JEE от Resonance

Скачать публикацию в формате PDF

Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что: А. Величина ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения потока B. Величина ЭДС индукции обратно пропорциональна скорости изменения потока С. ЭДС индукции направлена ​​так, что препятствует изменению потока D. Величина ЭДС индукции прямо пропорциональна квадрату скорости изменения потока.

Ответить

Проверено

298.5k+ просмотров

Подсказка: Изменение магнитного потока создает ЭДС в замкнутой цепи. Чтобы легко получить ответ, вы можете подумать о приложениях закона Фарадея, таких как трансформаторы, катушки индуктивности, электрические двигатели, генераторы и т. д.
Используемая формула: \[e=N\dfrac{d\Phi }{dt}\], где \ [\dfrac{d\Phi }{dt}\] — изменение магнитного потока, N — число витков катушки, e — ЭДС индукции.

Полный пошаговый ответ:
 Второй закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что величина ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока, связанного с контуром.
Значит, правильный вариант А.
\[e=\dfrac{d\Phi }{dt}\], где \[\dfrac{d\Phi }{dt}\] — изменение магнитного потока, N — число витков в катушке, е — ЭДС индукции.
Дополнительная информация: Мы можем вывести формулу второго закона Фарадея.
Рассмотрим стержневой магнит, приближающийся к магниту. Если рассматривать два момента времени, то потокосцепление с катушкой будет для каждого времени разным.
Таким образом, потокосцепление с катушкой в ​​момент \[{{T}_{1}}\] будет,
\[{{T}_{1}}=N{{\phi }_{1} }\] , где N — количество витков катушки.
Потокосцепление с катушкой в ​​момент \[{{T}_{2}}\] будет,
\[{{T}_{2}}=N{{\phi }_{2}} \]
Следовательно, изменение потока будет происходить в определенное время,
\[{{T}_{2}}-{{T}_{1}}=N({{\phi }_{2}} -{{\phi }_{1}})\]
Мы можем указать это изменение потока как \[\Phi \]
\[({{\phi }_{2}}-{{\phi }_ {1}})=\Phi \]
Таким образом, изменение потокосцепления для N витков будет \[N\Phi \]
Возьмите производную по времени. Здесь поток меняется только со временем. Таким образом,
\[\Rightarrow N\dfrac{d\Phi }{dt}\]
Эта скорость изменения магнитного потока представляет собой ЭДС индукции в цепи. Таким образом, мы можем записать как,
\[e=N\dfrac{d\Phi }{dt}\]
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, скорость изменения магнитной потокосцепления будет равна ЭДС индукции.
Знак минус указывает на то, что ЭДС индукции противодействует изменению магнитного потока. Это указывает на закон Ленца.
 Мы можем увеличить ЭДС индукции;
1.