Для описания различных процессов и явлений в разных науках были установлены законы, подтверждённые с помощью экспериментов и расчётов. Нельзя проводить исследование, предварительно не продумав теоретическую часть этого процесса.
Частью таких теоретических оценок являются законы Фарадея, актуальные для самых разных наук — от химии до физики.
Простыми словами о законах выдающегося учёного расскажем в нашей статье.
Как были открыты
Данные законы были открыты сразу несколькими учёными, среди которых сам Майкл Фарадей и Джозеф Генри. Однако учёный, в честь которого и были названы одноимённые законы, раньше пустил результаты в публикацию, ещё в начале 19-го века.
В августе 1831 года Фарадей провёл эксперимент для демонстрации. В ходе подтверждений исследований к железному тору были примотаны провода, по одному проводнику на каждую сторону.
На конец одного проводника была подана энергия, а на вывод второго подключен гальванометр. Сама по себе конструкция напоминает современные трансформаторы.
При включении и выключении напряжений, гальванометр показывал всплески.
Следует пояснить, что такие устройства, как гальванометры, используются для измерений сил токов небольших значений.
Благодаря этому Фарадей показал, что при протекании тока в одном из проводов образуется магнитное поле, которое влияет на второй провод. Воздействие оказывалось путём передачи с одного проводника на другой с помощью тора из металла.
С помощью этих экспериментов было показано и воздействие постоянных магнитов, которые перемещаются в катушках на обмотки.
С помощью этих экспериментов учёным была объяснена электромагнитная индукция с позиции силовой линии. Для этого был изобретён диск Фарадея.
Это небольшой элемент, генерирующий постоянный ток. В результате генерирования ток рядом с магнитом начинал вращаться медный диск. По нему скользил проводник, который являлся токосъёмником.
Во времена исследований научный круг не признавал открытия Фарадея. В дальнейшем другой учёный, Джеймс Максвелл, использовал труды Фарадея для своей магнитной теории.
Позднее Фарадей открыл соотношения в электрохимических процессах, которые сейчас называют «Законы электролиза Фарадея». Один из них посвящён соотношениям массы вещества на электроде и протекающий токов. Другой соотношениям массы веществ в растворах и тех, которые были выделены на электроде.
В электродинамике
Ранние труды Фарадея незаменимы для физических процессов, особенно для описания функционирования машин, работающих от электричества.
Закон говорит о том, что в контурах электродвижущая сила пропорциональна значениям скоростей магнитных потоков, которые в минусе проходят через контур ЭДС.
Если говорить проще, то от скорости магнитного потока в контуре зависит величина электродвижущей силы на выводе.
В виде формулы это можно описать так:
Где ɖФ является магнитным потоком, в то время как ɖt является единицей времени. Первой производной времени является скорость.
Фактически, эта скорость будет значением скорости, с которым магнитный поток перемещается в этой конкретной ситуации. Причём важно отметить, что перемещаются как источники магнитных полей, так и самый контур.
Поток выражается следующей формулой:
Здесь В является магнитным полем, а ɖS значением площади поверхности.
Веберами измеряются магнитные потоки на один виток. Индукционным считается тот ток, что протекает по контуру.
Когда в замкнутых контурах протекает ток, обусловленный внешним магнитным полем, это является электромагнитной индукцией.
Во всех формулах, о которых мы писали ранее, присутствовал знак модуля. Когда знаков модуля нет, формула приобретает несколько иной вид.
Отрицательное значение объяснено правилом Ленца. При создании магнитным полем тока в контуре, магнитное поле становится противоположно направленным. Что и описывает закон о сохранении энергии.
С помощью правила буравчика можно получить направление тока, обусловленного индукцией.
Трансформатор, двигатель, генератор — все эти машины работают с помощью электромагнитной индукции. Если рассматривать генераторы, когда в них вращаются роторы, на обмотках образуется электродвижущая сила.
В этом случае ток образует магнитные поля, которые направлены противоположно. Чем больше тока потребляет генератор, тем выше значения магнитного поля, а вращение, соответственно, затрудняется.
С другой стороны, когда ток проходит по ротору, образуется поле, взаимодействующее с полями статора. Это приводит к вращению ротора.
Чем больше нагрузка на вал, тем выше ток в статорах и роторах. Это объясняет необходимость переключения обмоток, что связано с конструкцией габаритных электрических устройств.
Говоря о трансформаторах, их движущееся магнитное поле образуется благодаря переменному магнитному полю, которое возникает из-за переменных токов, проходящих в первичной обмотке.
Чтобы лучше понять, как работает данный закон, советуем ознакомиться со следующим видео, где эксперт подробно и наглядно объясняет функционирование закона:
В электролизе
Помимо исследований электродвижущей силы, Фарадей значительно расширил границы других наук. Это касается и химии.
При прохождении тока через электролиты, ионы с разным зарядом (как с положительным, так и с отрицательным) начинают стремиться к электродам.
Отрицательные ионы движутся к анодам. Положительные ионы движутся к катодам. В процессе этого на некоторых электродах выделяется вещество, содержащееся в электролитах.
В процессе исследований учёный пропускал разные токи через электролиты. Он измерял массу веществ, образующихся на электродах, благодаря чему смог сформировать некоторые законы.
Благодаря этим формулам можно определять массы веществ, выделяемых при времени протекания тока. Это и является «Первым законом электролиза Фарадея».
Второй закон описывается иначе. В нём массы элементов, оседающих на электродах, пропорциональны эквивалентным массам элементов. То есть малярным массам, разделённым на значения, зависящим от реакций, в которых принимает участие вещество.
В виде формулы это выглядит следующим образом:
Формула полностью описывает второй закон. На деле же в разных ситуациях по разным причинам массы выделяемых веществ являются меньше тех, которые получаются в ходе расчётов формулы.
Выход по току объяснён отношением теоретических и реальных масс.
Кроме того, советуем посмотреть следующее видео. В нём эксперт подробно объясняет всю описанную нами информацию:
Благодаря исследованиям Майкла Фарадея, мы можем понимать и объяснять многие явления и процессы, с которыми регулярно сталкиваемся сегодня. Именно благодаря Фарадею возможна работа электрических двигателей и генераторов энергии, а кроме того, благодаря другим учёным, которые опирались на его трубы.
Благодаря электродвижущей силе и индукции возможны многие современные электрические приспособления, в частности оборудование, предназначенное для работы со звуком (к которым относят микрофон, громкоговоритель, устройство для воспроизведения звука, голосовая связь, средства для записи звука).
Электролизы и процесс их протекания необходим для гальванического метода создания покрытия во многих материалах. Это является как частью эстетической, так и практической ценности.
Многие законы и формулы на самом деле являются гораздо более простыми для понимания, чем кажется на первый взгляд. Не бойтесь изучать законы, чтобы лучше понимать, как работает мир вокруг нас!
