Site Loader

Содержание

Законы электролиза Фарадея | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

В 1833 г. М. Фарадей установил:

Масса вещества, которое выделяется при прохож­дении электрического тока в электролитах на аноде или катоде, прямо пропорциональна заряду, который при этом переносится иона­ми через электролит:

m = kq,

где m — масса вещества, кг; q — заряд, Кл.

Коэффициент пропорциональности k = m / q называется электрохимическим эквивален­том данного вещества.

Электрохимический эквивален­т вещества показывает, какая масса вещества в килограммах выделяется на электроде при прохождении тока, пере­носящего заряд, равный одному кулону:

k = m / q

Если иметь в виду, что при постоянном токе в цепи q = IΔt, где I

— сила тока (ам­пер), а Δt — время прохождения тока (се­кунд), то закон Фарадея можно записать в виде

m = kIΔt.

Исходя из современных представлений, закон для электролиза можно установить тео­ретически. Пусть за время Δt через электро­лит переносится заряд q. Заряд одного иона q0i = ne, где n — валентность иона, а e — значение элементарного электрического заря­да. Следовательно, q = neNi, где Ni — коли­чество ионов, которые достигли электрода.

С другой стороны, масса вещества, выде­ляющегося на электроде

m = m0iNi, где m0iмасса иона, которая может быть определена по молярной массе вещества M и постоян­ной Авогадро NA:

m0i = M / NA; m = (M / NA) • Ni.

Из уравнения для заряда q = neNi можно определить Ni: Ni = q / ne. Подставив значения Niв выражение для массы, получаем:

m = (M / neNA) • q,

что также является законом Фарадея для электролиза. Итак, электрохимический эквивалент вещества

k = M / neNA,

где все величины для данного вещества являются постоянными.

В последней формуле значение элемен­тарного заряда e и постоянная Авогадро одинаковы для всех веществ. Их произве­дение назвали постоянной Фарадея:

F = eNA.

Значение постоянной Фарадея:

F = 1,6 • 10-19 Кл • 6,023 • 1023 моль-1 = -9,65 • 104 Кл/моль.

Теперь для электрохимического эквивалента вещества имеем Материал с сайта http://worldofschool.ru

k = (1 / F) • (M / n),

что и является вторым законом для электролиза.

Второй закон электролиза. Электро­химические эквиваленты веществ прямо про­порциональны массам их молей и обратно пропорциональны их валентностям.

Чтобы удобно было решать многие зада­чи, оба закона можно объединить в одном выражении (

объединенный закон электролиза):

m = (1 / F) • (M / n) • q,

или

m = (1 / F) • (M / n) • IΔt.

На этой странице материал по темам:
  • Закон фарадея формула для електроліза

  • Закон электролиза фарадея задачи

  • Формула фарадея электролиз

  • Закон электролиза (1833г. — фарадей

  • Закон фарадея для электролиза физика

Вопросы по этому материалу:
  • Сформулируйте закон Фарадея для электролиза, запишите его формулу.

  • Запишите формулы объединенного закона электролиза.

  • Что такое постоянная Фарадея?

Законы Фарадея в физике

Законы электролиза

При прохождении электрического тока через электролиты происходит процесс разложения вещества, который называют электролизом. При этом проводники, которые погружены в раствор, называют анодом (положительный электрод) и катодом (отрицательный электрод).

При помощи электролиза получают различные вещества, например, хлор, фтор, щелочи и т.д. При помощи данного процесса производят переработку сырья, которое содержит металлы, очищают металлы. Используя процессы электролиза, наносят тонкие металлические покрытия на разные металлические поверхности.

Формулировка первого закона Фарадея

Масса вещества, которое выделяется на электроде, прямо пропорциональна заряду, который прошел через электролит. В виде формулы данный закон можно представить как:

   

где — полный заряд, который проходит через электролит, за времяt. — сила тока. — коэффициент пропорциональности (электрохимический эквивалент вещества ()), равный массе вещества, которая выделится при прохождении через электролит заряда равного 1 Кл. Величина является характеристикой вещества.

Первый закон для электролиза был получен Фарадеем экспериментально.

Формулировка второго закона Фарадея

Электрохимический эквивалент пропорционален молярной массе вещества () и обратно пропорционален величине его химической валентности (). В математическом виде второй закон Фарадея записывают как:

   

где Кл/моль — постоянная Фарадея, полученная эмпирически. Величину называют химическим эквивалентом вещества, она показывает, какая масса вещества требуется для замещения одного моля водорода в химических соединениях.

Иногда второй закон Фарадея формулируют так:

Электрохимические эквиваленты веществ пропорциональны их химическим эквивалентам.

Второй закон Фарадея также относят к эмпирическим законам.

Объединенный закон Фарадея для электролиза

Объединенный закон Фарадея записывают в виде:

   

Физический смысл выражения (3) заключен в том, что постоянная Фарадея количественно равна заряду, который следует пропустить через всякий электролит для того, чтобы на электродах выделилось вещество в количестве, равном одному химическому эквиваленту.

Примеры решения задач

Закон Фарадея для электромагнитной индукции и для электролиза

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

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:

Bт = 100% * mрасч/mтеор

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:

НАЧАЛА ФИЗИКИ


Майкл Фарадей (1791–1867) – великий английский физик. Автор ряда фундаментальных и прикладных открытий, в том числе закона электромагнитной индукции, законов электролиза (законы Фарадея), явления вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В 1821 г. впервые осуществил вращение магнита вокруг проводника с током и проводника с током вокруг магнита, создав первую лабораторную модель электродвигателя. 29 августа 1831 г. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции — возникновение электрического поля при изменении магнитного поля. В последующем Фарадей всесторонне исследовал это явление, которое без преувеличения можно назвать краеугольным камнем современной электродинамики и ее практического приложения – электротехники. В 1835 г. открыл так называемые экстратоки, которые возникают при замыкании и размыкании электрической цепи, и установил их направление.

Однако главной заслугой Фарадея является разработка концепции электромагнитного поля (сам этот термин впервые употребил Фарадей). Если до него господствовало представление о прямом и мгновенном взаимодействии зарядов и токов через пустое пространство, то Фарадей последовательно развивал идею о том, что существует материальный переносчик этого взаимодействия — электромагнитное поле. Концепция поля является фундаментом современной физики. При этом Фарадей категорически не любил формулы – физику он понимал «на пальцах», видя за проводимыми им экспериментами взаимосвязи причин и явлений. Именно этот взгляд и позволил ему сформулировать концепцию электромагнитного поля (да и сам термин – поле – впервые употребил Фарадей).

Фарадей прославился не только многочисленными открытиями. Он был блестящим популяризатором науки. С 1826 г. и почти до самой кончины он читал научно-популярные публичные лекции. Одна из них – «История свечи с точки зрения химии» — стала самой известной научно-популярной лекцией в истории науки. Позже она была издана отдельной книгой и переведена на многие языки (в том числе и русский).

ЭДС (29.2) называют ЭДС индукции. С законом электромагнитной индукции можно связать определенное правило знаков, т.е. и поток и ЭДС считать алгебраическими величинами (тогда в формуле (29.2) должен быть знак «минус»). В этом случае закон (29.2) автоматически даст направление ЭДС (направление индукционного тока). Можно, однако, считать все величины в законе (29.2) положительными, а направление индукционного тока определять независимо из правила Ленца.

446/597

Формула — Объединенный закон Фарадея

\(M\) — масса выделившегося вещества \((кг)\)

\(\mu\) — молярная масса \((\frac{кг}{моль})\)

\(Q\) — электрический заряд \((Кл)\)

\(Z\) — валентность

\(F\) — постоянная Фарадея \(\approx 9.{4}\) \(\frac{Кл}{моль}\)

\(K_x\) — химический эквивалент вещества \((\frac{кг}{моль})\)

Закон Фарадея: формула для электромагнитной индукции

Майкл Фарадей (1791-1867) родился в Англии и жил, можно сказать, для изучения физики и химии. Он считается основателем концепции об электромагнитном поле и автором закона электромагнитной индукции, а также первооткрывателем формулы электромагнитной индукции.

Данное направление физики дало старт к промышленному производству электричества. Подтолкнуло его к этому открытие, которое совершил Эрстед. В нем доказано, что при запуске тока через прямой передатчик вокруг этого передатчика возникает магнитное поле.

Фарадей задумался над обратным эффектом, где магнитное поле, в котором проводник в замкнутом состоянии, может продуцировать ток.

Опыты Фарадея на пути к открытию

Фарадей — один из самых значимых физиков в истории

На протяжении десяти лет он пытался доказать свою теорию. И в 1831 году Фарадей провел ряд удачных опытов, которые служили безупречным доказательством.

Фарадей разместил на основании из дерева две катушки, обозначим их катушкой А и катушкой Б.

Обмотка катушки Б была изолирована, располагалась между обмоткой катушки А.

Катушка А была подключена к гальванической батарее, а катушка Б к гальванометру, чтобы измерить движение токов.

В итоге сформировались две независимые цепи гальваническая батарея — Катушка А и Катушка Б — гальванометр.

Обмотки катушек ничем не были соединены между собой, существовало только магнитное поле продуцируемое катушкой А, которое охватывало катушку Б.

Как только замыкали катушку А, гальванометр показывал незначительный электрический импульс. В дальнейшем, при постоянном токе в катушке А, гальванометр не показывал никаких изменений в катушке Б.

Но как только цепь в катушке А размыкалась, гальванометр опять фиксировал импульс тока в катушке Б, который двигался в обратном направлении.

Данный опыт позволил Фарадею сделать выводы о том, что магнитное поле катушки А, которое меняется относительно времени, рождает электрический ток в катушке Б.

Появление тока в данных условиях определяется как индукция, поэтому ток считается индукционным.

Примечательно, при росте магнитного поля, в случае, когда цепь с катушкой А активна, электрический ток в катушке Б движется в одном направлении, а когда магнитное поле слабеет, во время отключения цепи с катушкой А, ток движется в противоположную сторону.

Возникновение электричества с помощью магнетизма Фарадей определил как явление электромагнитной индукции.

Чтобы убедиться в том, что источник возникновения тока — это переменное магнитное поле, Фарадей двигал катушки по отношению друг к другу, при этом ток в катушке А был постоянным, а за счет движения, Катушка Б была в переменном магнитном поле и индуцировала электрический ток.

Исходя из этого опыта он сделал вывод — с увеличением скорости движения катушки, увеличивалась сила индукционного тока.

Затем катушка А была заменена источником высокой остаточной магнитной индукцией — магнитом, и Фарадей подтвердил опыт со сближением и удалением Катушки Б, которая подключена к гальванометру.

Как и в предыдущем опыте, гальванометр показал ток, который двигался в одном направлении при сближении с магнитом и менял направление на противоположное при отдалении от магнита.

И вновь сила тока увеличивалась при увеличении скорости движения катушки.

После этих опытов Фарадей пришел к выводу, что на возникновение индукционного тока влияет изменение количества линий магнитного поля, через которое проходит катушка.

Иначе говоря, чем больше магнитных линий будет пройдено через катушку Б за короткий промежуток времени, тем выше сила индукционного тока. Число линий, которые проходят через ограниченную площадь проводника определяется как магнитный поток.

Чем выше индукция, тем больше линий магнитного потока, и если умножить их на площадь проводника, учитывая угол наклона к плоскости проводника, можно вычислить магнитный поток.

Формула электромагнитной индукции

Закон электромагнитной индукции дал старт разработкам генераторов

Зная все критерии опыта, можно определить что такое электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция — это появление электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, который проходит через проводник.

Главное определение закона электродинамики Фарадей определил так:

Электродвижущая сила, которая возникла в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через проводник.

ε = -df/ dt

ε — это электродвижущая сила

df — дифференциальная величина электромагнитного потока,

dt — дифференциальная величина времени прохождения потока через контур

Знак «-» в формуле появился после определения правила Ленца. Он выяснил, что индукционный поток всегда противодействует причине, которая его вызывает.

Формулу можно применять как в ситуации с неподвижным контуром, так и при движении проводников в магнитном поле.

Входящая в нее производная от магнитного потока по времени в общем случае включает в себя две части, первая часть определена переменой магнитной индукции во времени, а вторая – движением проводника по отношению к магнитному полю.

Закон электромагнитной индукции дал старт разработкам генераторов, которые устроены наподобие опытов Фарадея:

  • ротор, который двигается;
  • статор, находящийся в неизменном положении;
  • возникшее между ними электромагнитное поле.

Через обмотку статор проходит электрический ток, который вырабатывает магнитное поле, это поле влияет на магнитное поле ротора, под действием этой силы раскручивается вал.

В этом видео вы увидите целый урок на тему закона Фарадея для электромагнитной индукции:

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Закон Фарадея для электромагнитной индукции в трансформаторах

Электричество обладает способностью генерировать магнитное поле. В 1831 году М. Фарадей ввел понятие электромагнитная индукция. Он смог получить в закрытой системе проводников электричество, появляющееся при изменении показателей магнитного потока. Формула закона Фарадея дала толчок для развития электродинамики.

История развития

После доказательства закона электромагнитной индукции английским ученым М. Фарадеем над открытием работали российские ученые Э. Ленц и Б. Якоби. Благодаря их трудам, сегодня разработанный принцип положен в основу функционирования многих приборов и механизмов.

Основными агрегатами, в которых применяется закон электромагнитной индукции Фарадея, являются двигатель, трансформатор и множество иных приборов.

Индукцией электромагнитно именуется индуцирование в замкнутой проводящей системе электрического тока. Такое явление становится возможным при физическом передвижении через проводниковую систему магнитного поля. Механическое действие влечет за собой появление электричества. Его принято называть индукционным. До открытия закона Фарадея человечество не знало об иных способах создания электричества, кроме гальваники.

Если сквозь проводник пропустить магнитное поле, в нем будет возникать ЭДС индукции. Ее еще именуют электродвижущей силой. При помощи этого открытия удается представить в количественном выражении показатель.

Опытное доказательство

Проводя свои исследования, английский ученый установил, что индукционный ток получается одним из двух способов. В первом опыте он появляется при движении рамки в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой. Второй способ предполагает неподвижное положение рамки. В этом эксперименте изменяется только поле катушки при ее движении или изменении силы тока в ней.

Опыты Фарадея привели исследователя к выводу, что при генерировании индукционного тока провоцируется увеличением или уменьшением магнитного потока в системе. Также опыты Фарадея позволили утверждать, что значение электричества, полученного опытным путем, не зависит от методологии, которой был изменен поток магнитной индукции. На показатель влияет только скорость такого изменения.

Количественное выражение

Установить количественное значение явления электромагнитной индукции позволяет закон Фарадея. Он гласит, что ЭДС, определяющаяся в системе, меняет значение пропорционально скорости перемещения потока в проводнике. Формула будет иметь такой вид:

Отрицательный знак свидетельствует о том, что ЭДС препятствует появлению изменений внутри контура. Для решения некоторых задач отрицательный знак в формуле не ставят. В этом случае результат записывают в виде модуля.

Система может включать в себя несколько витков. Количество их обозначается латинской буквой N. Все элементы контура пронизываются единым магнитным потоком. ЭДС индукции будет рассчитываться так:

Понятным примером воссоздания электричества в проводнике считается катушка, сквозь которую перемещается постоянный магнит.

Работа Э. Ленца

Направленность индукционного тока предоставляет возможность определить правило Ленца. Краткая формулировка звучит достаточно просто. Появляющийся при изменении показателей поля проводникового контура ток, препятствует благодаря своему магнитному полю такому изменению.

Если в катушку постепенно вводить магнит, в ней повышается уровень магнитного потока. Согласно правилу Ленца, магнитное поле будет иметь направление противоположное увеличению поля магнита. Чтобы понять эту направленность, необходимо смотреть на магнит с северной стороны. Отсюда будет вкручиваться буравчик навстречу северному полюсу. Ток будет перемещаться в сторону движения часовой стрелки.

Если магнит выводится из системы, магнитный поток в ней уменьшится. Чтобы установить направление тока, выкручивается буравчик. Вращения будет направлено в обратную сторону перемещения по циферблату часовой стрелки.

Формулировки Ленца приобретают большое значение для системы с контуром замкнутого типа и отсутствующим сопротивлением. Его принято именовать идеальным контуром. По правилу Ленца, в нем невозможно увеличить или уменьшить магнитный поток.

Понятие самоиндукции

Генерация индукции в идеальной системе, которое имеет место при падении или возрастании электричества в проводнике, именуется самоиндукцией.

Закон Фарадея для самоиндукции выражается равенством, когда при изменении электричества не произошло иных изменений:

где е – ЭДС, L – индуктивность закрытой катушки, ΔI/Δt – скорость, с которой происходят изменения силы тока.

Индуктивность

Отношение, которое показывает пропорциональность между такими категориями, как сила тока в проводящей системе и магнитным потоком именуется индуктивностью. На показатель имеет влияние физические габариты катушки и магнитные характеристики среды. Отношение описывается формулой:

Движущееся в контуре электричество провоцирует появление магнитного поля. Оно пронизывает собственный проводник и влечет появление своего потока сквозь контур. Причем собственный поток пропорционален электричеству, которая его порождает:

Фс = L*I

Значение индуктивности также формируется из закона Фарадея.

Недвижимая система

Сила Лоренца объясняет возникновение ЭДС при движении системы в поле со значением постоянным. Индукционная ЭДС имеет способность возникать и при неподвижной проводящей системе, находящейся в переменном магнитном поле. Сила Лоренца в таком примере не способна объяснить появление ЭДС индукции.

Максвелл для проводящих систем неподвижного типа предложил применять особое уравнение. Оно объясняет возникновение в таких системах ЭДС. Главным принципом закона Фарадея-Максвелла является факт, что переменное поле образует в пространстве вокруг себя электрическое поле. Оно выступает фактором, провоцирующим появление тока индукции в недвижимой системе. Перемещение вектора (Е) по стационарным контурам (L) является ЭДС:

При наличии тока переменного значения законы Фарадея водятся в уравнения Максвелла. Причем они могут быть представлены как в дифференциальной форме, так и в виде интегралов.

Труды в области электролиза

При использовании законов Фарадея описываются закономерности, которые существуют при электролизе. Этот процесс заключается в превращении веществ с разнообразными характеристиками. Это происходит при движении электричества сквозь электролит.

Эти закономерности были доказаны М. Фарадеем в 1834 году. Первое утверждение гласит, что масса вещества, которое образуется на электроде, меняется соответственно заряду, перемещенному сквозь электролит.

Второе утверждение гласит, что эквиваленты компонентов с разными характеристиками пропорциональны химическим эквивалентам этих компонентов.

Оба представленных утверждения совмещаются в объединенный закон Фарадея. Из него следует, что число Фарадея будет равняться электричеству, способному выделить на электролите 1 моль вещества. Ее рассчитывают на единицу валентности. Именно по объединенной формуле в далеком 1874 году был вычислен заряд электрона.

Законы электролиза, установленные Фарадеем, тестировались при различном значении тока, температуры, давления, а также при одновременном выделении двух и более веществ. Электролиз также проводился в разных расплавах и растворителях. Концентрация электролита также отличалась в разных опытах. При этом иногда наблюдались небольшие отклонения от закона Фарадея. Они объясняются электронной проводимостью электролитов, которая определяется наравне с ионной проводимостью.

Открытия, сделанные английским физиком М. Фарадеем, позволили описать множество явлений. Его законы являются основой современной электродинамики. По этому принципу функционирует различное современное оборудование.

Уравнения Максвелла: Закон Фарадея

Третье уравнение Максвелла

На этой странице мы объясним значение третьего уравнения Максвелла, Закон Фарадея , который дан в уравнении [1]:

[Уравнение 1]

Фарадей был ученым, экспериментировавшим с цепями и магнитными катушками еще в 1830-е гг. Схема его эксперимента, которая привела к закону Фардея, показана на рисунке 1:

Рисунок 1.Экспериментальная установка для Фарадея.

Сам эксперимент несколько прост. Когда аккумулятор отключен, у нас нет электрического тока, протекающего по проводу. Следовательно, нет магнитного поток, индуцированный внутри Железа (Магнитного Ядра). Железо похоже на шоссе для Магнитные поля — они очень легко проходят через магнитный материал. Итак, цель сердечника состоит в том, чтобы создать путь для потока Магнитного потока.

Когда переключатель замкнут, электрический ток будет течь внутри провода. прикреплен к аккумулятору.Когда этот ток течет, он имеет связанный магнитный поле (или магнитный поток) с ним. Когда проволока наматывается на левую сторону магнитный сердечник (как показано на рисунке 1), магнитное поле (магнитный поток) индуцируется внутри ядра. Этот поток движется по сердцевине. Итак, магнитный поток произведенная проводной катушкой слева существует внутри проводной катушки справа, который подключен к амперметру.

Теперь происходит забавная вещь, которую заметил Фарадей. Когда он замкнул выключатель, тогда ток начнет течь, и амперметр подскочит в одну сторону (скажем, измерение +10 ампер с другой стороны).Но это было очень кратко, и ток на правая катушка пошла бы в ноль. Когда переключатель был открыт, измеренный ток будет скачок в другую сторону (скажем, будет измерено -10 ампер), а затем измеренный ток на правой стороне снова будет равен нулю.

Фарадей понял, что происходит. Когда переключатель был первоначально изменен от открытого к закрытому магнитный поток внутри магнитопровода увеличивался от нуля до некоторого максимального числа (которое было постоянным значением в зависимости от времени).Когда поток увеличивался, на противоположной стороне существовал наведенный ток. боковая сторона.

Точно так же, когда переключатель был открыт, магнитный поток в сердечнике уменьшился бы. от его постоянного значения до нуля. Следовательно, уменьшающийся поток в пределах сердечник индуцировал противоположный ток с правой стороны.

Фарадей выяснил, что изменяющийся Магнитный поток внутри контура (или замкнутого контура провода) создавал наведенную ЭДС или напряжение в цепи.Он написал это как:

[Уравнение 2]

В уравнении [2] — магнитный поток внутри цепи, а ЭДС — это электродвижущая сила, которая в основном источник напряжения. Уравнение [2] говорит, что индуцированное напряжение в цепи противоположна скорости изменения магнитного потока во времени. Для получения дополнительной информации о производных финансовых инструментах см. страница частных производных.

Уравнение [2] известно как Закон Ленца .Ленц был тем парнем, который понял минус подписать. Мы знаем, что электрический ток порождает магнитное поле, но благодаря Фаради мы также знаем, что магнитное поле внутри петли порождает электрическому току. Вселенная любит симметрию, и уравнения Максвелла много этого.

Вывод закона Фарадея

Теперь у нас есть экспериментальный результат уравнения [2], как нам выйти из этого привести к стандартной форме закона Фарде в уравнении [1]? Ну, я рад вы спрашивали.Представим простой цикл с изменяющимся во времени полем B внутри:

Рис. 1. Проволочная петля с плотностью магнитного потока Б (т) внутри нее.

Мы знаем, что скорость изменения полного магнитного потока равна противоположной EMF , или электрическая сила внутри провода. Полный магнитный поток представляет собой просто интеграл (или сумму) поля B по площади, ограниченной проводом:

[Уравнение 3]

Чтобы найти общую ЭДС , индуцированную во всей цепи, мы суммируем по длине провода EMF создавалось в каждой точке.Это известно как линейный интеграл. Это записывается как:

[Уравнение 4]

Напомним, что Электрическое поле напрямую связано с силой электрических зарядов. Напряжение также определяется как сумма (интеграл) электрического поля на пути. [напомним, что электрическое поле измеряется в вольт / метр]. Следовательно, E-поле есть фактически пространственная производная напряжения (E-поле равно скорости изменения напряжения по отношению к расстоянию).Эти факты резюмируются следующим образом:

[Уравнение 5]

Следовательно, уравнения [4] и [5] говорят нам, что дифференциальная величина ЭДС в любой точке цепи ( dEMF в [4]) равна E поле в этом месте. Следовательно:

[Уравнение 6]

Теперь некий математик по имени Стокс выяснил, что интегрирование (усреднение) поля вокруг петли в точности эквивалентно интегрированию завиток поля внутри петля.Это должно быть для вас отчасти интуитивно понятной истиной: завиток — это мера вращения поля, поэтому ротор векторного поля внутри поверхность должна быть связана с интегралом поля вокруг петли, которая охватывает поверхность. Если это не имеет смысла, подумайте об этом больше или просто примите следующее как правда (потому что это правда — не только для полей E , но и для любого поля):

[Уравнение 7]

Теперь мы почти у цели.Если мы заменим закон уравнения Фарде [2] на термины, которые мы нашли в уравнении [3] и уравнении [7], то получаем:

[Уравнение 8]

В уравнении [8] отметим, что если у нас есть два интеграла по поверхностям, а поверхности могут быть какими бы они ни были, тогда интегрируемые величины также должны быть таким же. И вот так мы получили закон Фарадея в окончательной форме: внесены в список уравнений Максвелла!

Толкование закона Фарде

Закон Фарадея показывает, что изменяющееся магнитное поле внутри петли порождает на индуцированный ток, который возникает из-за силы или напряжения в этой цепи.Тогда мы можем сказать следующее о законе Фардея:

  • Электрический ток вызывает магнитные поля. Магнитные поля вокруг цепь порождает электрический ток.
  • Магнитное поле, изменяющееся во времени, вызывает циркуляцию электрического поля. вокруг него.
  • Циркулирующее электронное поле во времени вызывает изменение магнитного поля во времени.

    Закон Фардея очень силен, поскольку он показывает, насколько Вселенная любит симметрию. Если ток вызывает магнитное поле, то магнитное поле может вызвать электрическому току.А изменяющееся E-поле в космосе порождает изменяющееся B-поле. во время. И когда мы перейдем к окончательному из уравнений Максвелла, Ампера Закон, мы увидим еще больше этой симметрии!


    Уравнения Максвелла

    Эта страница закона индукции Фарде защищена авторским правом, в частности все отношения с уравнениями Максвелла. Авторские права www.maxwells-equations.com, 2012.

  • Калькулятор закона Фарадея

    Этот калькулятор закона Фарадея поможет вам найти электродвижущую силу, индуцированную в замкнутой цепи.

    Что такое электромагнитная индукция?

    Если вы прикрепите металлический провод к батарее, вы создадите ток — электроны будут двигаться по проводу. Тогда, если вы поместите этот провод в магнитное поле, дополнительная электрическая сила будет индуцирована движением электронов в этом поле.

    Этот эффект также работает в обратном направлении — когда неподвижные электроны помещаются в переменное магнитное поле, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), и начинает течь ток. Это явление известно как электромагнитная индукция.

    Магнитное поле и поток

    Магнитное поле имеет две основные характеристики. Первый — это величина поля B и измеряется в теслах (символ T), или в ньютонах на метр на ампер. Второй — магнитный поток Φ — определяется как магнитное поле, проходящее через поверхность, и измеряется в веберах (символ Wb).

    Величина и поток взаимозависимы — вы можете использовать приведенное ниже уравнение, чтобы легко переключаться между ними. A обозначает площадь поперечного сечения катушки, в которой индуцируется ЭДС.

    Φ = B * A

    Teslas и веберы связаны следующей формулой:

    1 Вт / 1 м² = 1 T

    Закон Ленца и формула закона Фарадея

    Закон

    Фарадея гласит, что индуцированное в цепи напряжение равно скорости изменения — то есть изменения во времени — магнитного потока через контур:

    ЭДС = dΦ / dt

    Закон Ленца — это второй ключевой закон, описывающий электромагнитную индукцию.Он не описывает величину, а скорее направление тока, утверждая, что ток всегда будет противодействовать потоку, который его произвел. Он включен в закон Фарадея со знаком минус:

    ЭДС = - dΦ / dt

    Если вы попытаетесь вызвать электродвижущую силу в катушке с несколькими витками, вы также можете умножить это значение на количество витков, чтобы учесть количество витков Н :

    ЭДС = - N * dΦ / dt

    Это формула, используемая нашим калькулятором закона Фарадея.

    Как рассчитать электродвижущую силу?

    Обычно вы не сразу узнаете, каков магнитный поток в катушке. Но не волнуйтесь — наш калькулятор электромагнитной индукции тоже может его найти! Просто выполните следующие действия, чтобы рассчитать наведенное напряжение.

    1. Определитесь с площадью поперечного сечения и количеством витков в петле. Например, вы можете использовать круглую катушку сечением 30 см² и десятью витками.

    2. Узнайте, какова величина магнитного поля.Например, мы можем принять поле в 0,4 тесла.

    3. Рассчитайте изменение магнитного потока как произведение магнитного поля на площадь поперечного сечения:

    dΦ = B * A

    dΦ = 0,4 * 30 * 10⁻⁴ = 0,0012 Wb

    1. Теперь определите, за сколько времени магнитное поле изменится на 0,4 Тл. Можно предположить, что это заняло 8 секунд.

    2. Используйте формулу закона Фарадея для вычисления электродвижущей силы:

    ЭДС = - N * dΦ / dt

    ЭДС = - 10 * 0.0012/8 = -0,0015 В

    Наведенное напряжение равно 0,0015 В. Знак минус указывает, что направление тока противоположно направлению магнитного потока.

    Подобные калькуляторы

    Если вам понравился этот калькулятор закона Фарадея, не забудьте также проверить калькулятор закона Ома!

    Определение, принцип, законы, эксперименты и приложения

    Закон электромагнитной индукции Фарадея был собственным открытием двух ученых Майкла Фарадея в 1831 году и Джозефа Генри в 1832 году.Первые результаты своих экспериментов опубликовал Фарадей. В своем первоначальном эксперименте он обнаружил принцип электромагнитной индукции. При этом он намотал на железное кольцо две полосы из металлической проволоки. Так он узнал принцип работы электромагнитов. Он считал, что когда на одном конце провода протекает ток, это стимулирует генерацию волн по всему кольцу и вырабатывает электрическую мощность на другом конце провода. Этот принцип послужил основой для разработки множества экспериментов по электромагнитной индукции.И это история открытия закона Фарадея. В этой статье четко объясняются концепции того, как действует закон Фарадея, усиление ЭДС в катушке, его законы и приложения.

    Что такое закон Фарадея?

    Закон электромагнитной индукции Фарадея в основном называется законом Фарадея. Это фундаментальный принцип электромагнетизма, который предусматривает концепцию того, как ЭДС (электродвижущая сила) будет генерироваться при взаимодействии электрического тока с магнитным полем.Этот сценарий называется электромагнитной индукцией.

    Основной принцип закона Фарадея

    При открытии этого закона один его сценарий, который представлял собой трансформаторную ЭДС, был позже сформулирован как уравнение Максвелла-Фарадея. Это означает, что закон Фарадея может быть получен с помощью уравнения Максвелла-Фарадея, которое описывает ЭДС трансформатора, и через Лоренца, где это констатируется относительно ЭДС движения. Рассматривая интегральную форму Максвелла-Фарадея, можно проиллюстрировать только трансформаторную ЭДС, тогда как рассмотрение неотъемлемой части закона Фарадея иллюстрирует как движущую, так и трансформаторную ЭДС.

    Закон Фарадея — это одно уравнение, в котором говорится о двух различных явлениях: ЭДС движения (которая создается за счет магнитной силы в случае движущегося провода) и ЭДС трансформатора (которая создается электрической силой, возникающей из-за изменение магнитного поля). Это считается двумя явлениями закона Фарадея.

    Формула

    Основной принцип закона Фарадея гласит, что ЭДС, которая проходит через замкнутую поверхность, равна отрицательному изменению магнитного потока на замкнутом пути относительно скорости времени.Здесь замкнутый путь считается проводящим. Учтите, что проволочная петля, помещенная в магнитное поле, имеет магнитный поток Ф B , а поверхность любая, а Σ является границей для предусмотренной петли. Поскольку в проволочной петле будет движение, необходимо учитывать Σ (t) для предоставленной поверхности. Теперь магнитный поток представлен как:

    B = ʃʃ Σ t) B (t). dA

    Здесь «dA» рассматривается как элемент площади на движущейся поверхности Σ (t), а «B» рассматривается как магнитное поле «B.dA ’представляет собой магнитный элемент вокруг dA. Проще говоря, это можно определить как магнитный поток через проволочную петлю прямо пропорционально силовым линиям магнитного поля, которые проходят от петли.

    Когда происходит изменение магнитного потока, B изменяется или же при изменении проволочной петли или и того, и другого, тогда, согласно принципу Фарадея, проволочная петля получает ЭДС, которая выражается как энергия, полученная от единицы заряда, который прошел весь поперек петли. Уравнение было выбрано таким образом, чтобы обеспечить совместимость с условиями специальной теории относительности.Точно так же это напряжение, которое рассчитывается путем разрезания проволоки на куски для образования разомкнутой цепи и последующего подключения вольтметра по краям провода.

    Закон Фарадея определяет, что электродвижущая сила представлена ​​как изменение магнитного потока, которое показано как

    Є = — (dФ B / dt)

    Здесь Ф B обозначается как магнитный поток и є — электродвижущая сила. Путь ЭМП определяется принципом Ленца.Принцип Фарадея объясняет связь между путями переменных и их величинами. Несмотря на то, что отношения не были четко изображены, они были известны через математическую формулу.

    По закону Фарадея можно узнать путь ЭМП, не обращаясь к закону Ленца. Для этого будет полезно правило левой руки, и направление может быть известно следующим образом:

    Правило большого пальца левой руки Закон Фарадея

    • Совместите изогнутые пальцы левой руки с петлей.
    • Вытяните большой палец, и направление большого пальца обозначает путь «n», который является общим для области, окруженной петлей.
    • Знайте знак ΔФ B , который является изменением потока. Найдите начальное и последнее значения потока, соответствующие ‘n’, как сигнализирует расширенный большой палец
    • Когда изменение потока ΔФ B, представляет положительное значение, тогда изогнутые пальцы представляют путь ЭДС
    • Тогда как, когда изменение в поток ΔФ B, представляет собой отрицательное значение, тогда путь ЭДС будет в направлении, противоположном изогнутым пальцам.
    • В случае плотно окруженной проволочной катушки, состоящей из N одинаковых витков с одинаковым диаметром B, , тогда закон Фарадея противоречит тому, что

    Є = -N (dФ B / dt)

    Где «N» соответствует общему количеству витков в проводе, а Ф B соответствует магнитному потоку в одном контуре.

    И это подробное объяснение формулы закона Фарадея .

    Закон электромагнитной индукции Фарадея

    В законе электромагнитной индукции Фарадея в основном есть два закона.Первый определяет индукцию ЭДС в движущемся проводнике, а второй определяет генерируемую ЭДС в проводнике. Давайте подробно рассмотрим оба закона.

    Первый закон Фарадея

    Электромагнитная индукция — это изобретение расширенной серии экспериментов, проведенных учеными Генри и Фарадеем. С результатами, полученными в этих экспериментах, Фарадей пришел к конечному результату, заключающемуся в том, что в катушке возникает индукция электродвижущей силы, когда магнитный поток, проходящий через катушку, изменяется во времени.На основе этой базовой концепции был изобретен первый закон Фарадея. Это можно представить на картинке, как показано ниже.

    Изменение напряженности магнитного поля в закрытой петле Закон Фарадея

    Итак, когда проводник находится в изменяющемся магнитном поле, возникает индукция ЭДС. Когда цепь, в которой размещается проводник, замкнута, генерируемый ток называется индуцированным током.

    Ниже приведены способы изменения напряженности магнитного поля в замкнутом контуре:

    • Путем вращения катушки, соответствующей магниту
    • Путем изменения катушки либо внутренней, либо внешней по отношению к магнитному полю
    • Путем изменения расположение области, в которой размещено магнитное поле.
    • Сделав катушку и магнит как в сторону, так и в сторону закрытия.
    Второй закон Фарадея

    Электродвижущая сила, индуцируемая в катушке, равна скорости изменения магнитной связи. Магнитный поток считается произведением магнитного потока, связанного с катушкой, и общего количества витков, присутствующих в катушке. Формула имеет вид

    Є = -N (dФ / dt)

    Где «N» соответствует общему количеству витков в проводе, Ф соответствует магнитному потоку в одной петле, а «Є» соответствует магнитному полю. поток.

    Отрицательный знак означает, что путь индуцированной электродвижущей силы и изменение пути магнитных полей имеют противоположные направления.Вдобавок к этому, благодаря принципу Ленца, можно узнать об электромагнитной индукции.

    Эксперимент

    Главный эксперимент, побудивший Фарадея ввести принцип Фарадея, был не так уж и сложен. Этот закон был открыт с помощью небольшого количества бытовой техники. Здесь мы используем картонную трубку, экранированную проволокой, чтобы сформировать катушку. Для этого устройства через катушку подключается вольтметр, и генерируемая электродвижущая сила считывается как магнит, проходящий через катушку.Схема показана ниже.

    В ходе этого эксперимента были сделаны следующие наблюдения:

    • Когда магнит находится в постоянном положении или расположен близко к катушке, не будет напряжения
    • Когда магнит начнет движение в направлении катушки, будет некоторое напряжение, и оно увеличивается до пикового значения, когда дело доходит до средней точки катушки
    • Когда магнит начинает удаляться от средней точки, произойдет изменение знака расчетного напряжения
    • Когда магнит выходит наружу и находится далеко от катушки, то рассчитанное напряжение в обратном направлении по сравнению с предыдущим сценарием движения магнита близко к катушкам.

    Что касается положения магнита и расчетной ЭДС, графическое представление показано как

    Это стабильные наблюдения закона Фарадея. Несмотря на то, что постоянный магнит может генерировать огромное магнитное поле, будет возникать нулевая ЭДС, индуцированная по той причине, что поток через катушку не изменится. Когда магнит приближается к катушке, поток быстро увеличивается, пока положение магнита не окажется внутри катушки. Когда он начинает проходить по катушке, магнитный поток в катушке имеет тенденцию к уменьшению.В результате наведенная ЭДС изменится на противоположную.

    Начальные эксперименты

    Поскольку Фарадею было проведено много экспериментов, начальными тремя были:

    • В эксперименте 1 st было продемонстрировано, что сила магнитного поля изменяется при наведении тока. При подключении амперметра к этой установке он отклоняется, когда магнит приближается в направлении провода.
    • В примере 2 и он показал, что прохождение тока по железному стержню может формировать его как электромагнитное.Он узнал, что когда существует относительное движение между катушкой и магнитом, возникает индукция ЭДС. Когда магнит вращался вокруг оси, ЭДС не возникало. Тогда как в случае, когда магнит вращается поперек своей оси, то возникает наведенная ЭДС. Из-за этого амперметр не прогибается, когда магнит остается постоянным.
    • И в эксперименте 3 rd Фарадей заметил, что гальванометр не показывает отклонения и в катушке нет индуцированной ЭДС, когда катушка помещена в постоянное магнитное поле.Амперметр отклоняется в обратном направлении, когда магнит перемещается далеко от петли.

    Вышеупомянутые экспериментальные наблюдения были сведены в таблицу:

    4 катушка
    Положение магнита Отклонение гальванометра
    Магнит не движется Гальванометр не показывает отклонения
    Гальванометр отклоняется в одну сторону
    Магнит постоянен рядом с катушкой Гальванометр не показывает отклонения
    Магнит движется далеко от катушки Гальванометр отклоняется в обратном направлении
    Магнит постоянный вдали от катушки Гальванометр не показывает отклонения

    Примеры закона Фарадея

    Постоянный магнит диаметром 10 мм генерирует поле величиной 100 мТл.Поле быстро спадает по мере увеличения расстояния и является очень минимальным, что на 1 мм больше от границы. Когда магнит движется со скоростью 1 метр / секунду через катушку со 100 витками, имеющую длину 1 мм и диаметр несколько больше, чем у магнита. Тогда какова величина наведенной ЭДС?

    Раствор

    1). Чтобы найти наведенную ЭДС, можно использовать закон Фарадея. Для этого нужно знать об изменении потока в катушке и о том, как быстро это изменение происходит.

    Это может быть инициировано путем независимого наблюдения за ситуациями, когда магнит находится внутри и вне катушки. Поскольку мы знаем, что поле быстро уменьшается, можно подумать, что поток становится равным нулю, когда магниты находятся вне катушки. Поскольку катушка плотно соединена с магнитом, считалось, что положение поля ортогонально положению катушки, а магнитный поток равен

    Ф = BA

    Поскольку магнитное движение составляет 1000 мм / с, это считалось внутренним по отношению к катушке длиной 1 мм в течение 1/1000 сек.Используя закон Фарадея,

    Є = -N (dФ / dt)

    = — (100) [(100,10 -3T ) ∏ (5,10 -3 ) 2 ] / ( 1 * 10 -3 )

    = 0,78 В

    2). Учтите, что поле направлено в прямом направлении, имеющее постоянную напряженность B = 5T, прядь квадратной формы с одной проволочной петлей и длиной сторон 0,1 м.

    Решение

    Площадь контура A = 0.1 × 0,1 = 0,01 м2

    По мере того, как квадратная петля движется к полю в направлении «x» со скоростью 0,02 м / с. Это означает, что в течение определенного периода времени Δt = 5 с петля переместится из полностью вне поля в полностью внутреннюю по отношению к нему, и нормаль к полю будет связана с магнитным полем в каждом временном интервале. Это означает, что ϴ = 0.

    ΔФ = B ΔA cos (ϴ)

    = 5T × 0,01 × cos (ϴ)

    = 0.05 Wb

    Повышение наведенной ЭДС в катушке

    Ниже приведены процедуры, объясняющие, как увеличить наведенную ЭДС в катушке

    • Увеличивая значение «N», что означает, что путем увеличения витков катушки в соответствии с формулой Фарадея Было ясно, что при увеличении витков катушки индуцированная электродвижущая сила также увеличивается.
    • С увеличением напряженности магнитного поля, которое окружает катушку «B». Согласно статистическим расчетам, когда поток увеличивается, наведенная ЭДС также будет увеличиваться.И теоретически, когда катушка проходит через сильное магнитное поле, будут увеличиваться силовые линии для разделения, и поэтому ЭДС возрастает.
    • Когда относительная скорость движения между магнитом и катушкой увеличивается по сравнению с ее предыдущим значением, катушка будет быстрее разделять силовые линии, и это создает большую наведенную ЭДС.

    Приложения

    Закон Фарадея является наиболее важным и фундаментальным законом в концепции электромагнетизма.Этот принцип находит применение во многих отраслях и сферах. Вот некоторые из приложений закона Фарадея :

    Работа силовых трансформаторов зависит от закона Фарадея

    • Основные функции электрического генератора основаны на принципе взаимной индукции закона Фарадея
    • Все мы знаем, что индукционные плиты — это устройства, которые в наши дни можно найти в каждом доме. Это устройство также работает на основе концепции взаимной индукции.Когда ток проходит через медную катушку, которая находится на дне посуды для приготовления пищи, она создает переменное магнитное поле. Это изменяющееся или изменяющееся магнитное поле индуцирует электродвижущую силу, поэтому в сосуде генерируется ток, и вместе с этим в устройстве происходит выделение тепла.
    • Электромагнитный расходомер — это устройство, которое используется для расчета скорости некоторых жидкостей. Когда есть приложение магнитного поля в электрически изолированной трубе, где присутствуют проводящие жидкости, тогда в соответствии с принципом закона Фарадея будет индукция ЭДС.Эта ЭДС прямо пропорциональна скорости потока жидкости.
    • Уравнения Максвелла — прекрасное приложение закона Фарадея. Согласно этому закону изменение магнитного поля создает изменение электрического поля, и обратный принцип применим и к уравнениям Максвелла.
    • Самое увлекательное применение закона Фарадея — светофоры. Здесь в светильниках используются проводные петли, чтобы узнать влияние наведенного магнитного поля. Под дорогой, проволочные петли, включая переменный ток, создают переменное магнитное поле, и когда любое транспортное средство движется по ним, оно создает индуцированные вихревые токи в транспортном средстве.Согласно принципу Ленца, эти токи образуют обратное магнитное поле, которое показывает влияние на ток, присутствующий в исходном проводном контуре. Этот эффект подразумевает присутствие транспортного средства, которое заставляет светофор соответственно менять цвет.
    • Применяется в музыкальных устройствах, таких как электрические скрипки и гитары, и во многих других.

    Наконец, это подробная информация о законе Фарадея. Эта статья предоставила четкую и точную информацию о принципе действия закона Фарадея, экспериментах, законах индукции, приложениях и примерах.Также более важно знать, как все связано с законом Фарадея?

    Закон Фарадея — формула и пример

    Прежде чем мы поймем закон Фарадея, давайте сначала разберемся, что такое электромагнитная индукция.

    Электромагнитная индукция — это явление, которое вызывает ток в цепи. Это происходит из-за изменения магнитного поля.

    Ток в проводе возникает из-за движения провода в магнитном поле или изменения силы магнитного поля с течением времени.Обе эти ситуации могут привести к протеканию тока в проводе.

    Электродвижущая сила рассматривается как количество энергии, которое вызывает прохождение тока через цепь. Электродвижущая сила, которая создается в проводе из-за изменения величины тока в связанной катушке, называется «взаимной индуктивностью».

    Закон Фарадея об электромагнитных помехах «электромагнитной индукции» также называется законом электромагнетизма. Этот закон объясняет принцип работы электрогенераторов, электрических индукторов, электрических трансформаторов и электродвигателей.Это помогает понять важные моменты, которые приводят к электромагнитной индукции или выработке электричества. Закон Фарадея применяется для того, чтобы увидеть, как магнитные поля изменяются из-за протекания тока в проводах.

    Этот закон был впервые предложен в 1831 году химиком и физиком «Майклом Фарадеем». Благодаря ему закон получил свое название. Закон Фарадея является результатом наблюдений за тремя основными экспериментами, которые он провел. В ходе этих экспериментов он обнаружил принцип электромагнитной индукции.

    Первый закон Фарадея

    (Изображение будет загружено в ближайшее время)

    Первый закон электромагнитной индукции Фарадея объясняет, что когда провод находится в поле, которое испытывает постоянное изменение его магнитного поля, тогда возникает электромагнитное поле. . Это явление развития электромагнитного поля называется наведенной ЭДС. Если это замкнутая цепь, то внутри цепи также индуцируется ток. Это называется «индуцированный ток».

    Способы изменения магнитного поля

    Существует четыре основных способа изменения магнитного поля в цепи.

    • Путем вращения катушки относительно магнита.

    • Путем перемещения катушки в магнитное поле или вне магнитного поля.

    • Путем изменения области катушки, которая находится в магнитном поле.

    • Путем движения магнита в направлении катушки или против направления катушки.

    Второй закон Фарадея

    Теперь давайте разберемся со вторым законом Фарадея.Это еще один закон Фарадея об электромагнитной индукции. Закон объясняет, что ЭДС, индуцированная в проводнике, эквивалентна скорости, с которой изменяется магнитный поток, связанный с цепью. Здесь этот магнитный поток является произведением магнитного потока в проводе и количества витков в проводе.

    Формула закона Фарадея

    Давайте посмотрим, как был установлен закон Фарадея. Давайте сначала разберемся с терминами:

    Где,

    ε = ЭДС или электродвижущая сила

    Φ = магнитный поток

    N = общее количество витков в катушке

    Скорость, с которой магнитный поток изменяется через цепь равна величине электродвижущей силы (ε), развиваемой в цепи.Вышеупомянутое утверждение может быть записано в следующем уравнении как:

    ε = dt / dΦ

    Электродвижущая сила или ЭДС — это разность потенциалов, развиваемых в «ненагруженном контуре». Это происходит, когда сопротивление в цепи достигает высокого уровня. Как ЭДС и напряжение, оба измеряются в напряжении, поэтому ЭДС также можно рассматривать как напряжение.

    Есть еще один важный закон, описывающий электродвижущую силу, например закон Фарадея.

    Закон Ленца был постулирован в 1833 году Генрихом Ленцем.Если закон Фарадея описывает количество ЭДС, генерируемой внутри цепи, закон Ленца говорит о направлении потока тока в цепи. Закон объясняет, что направление тока будет противоположным направлению потока, который его произвел. Другими словами, направление любого магнитного поля, создаваемого «индуцированным током», противоположно изменению в фактическом поле.

    Закон Ленца приходит к тому же выводу, что и закон Фарадея. Единственное отличие — знак (минус «-»).Этот отрицательный знак указывает на то, что направление магнитного поля и направление индуцированной ЭДС имеют противоположные знаки.

    ε = — dt / dΦ

    Если в катушке N витков, то общая магнитная индукция в катушке представлена ​​как ε = −N dt / dΦ

    Эксперимент Фарадея

    Взаимосвязь между Индуцированная ЭДС и поток:

    (Изображение будет загружено в ближайшее время)

    В первом законе Фарадея было сказано, что при изменении общей напряженности магнитного поля только оно индуцирует ток в цепи.Это было доказано подключением амперметра к проволочной петле. Этот амперметр отклоняется при движении магнита в направлении провода.

    Во втором эксперименте Фарадея было заявлено, что когда ток проходит через железный стержень, он делает его электромагнитным по своей природе. Он также заметил, что из-за относительного движения между катушкой и магнитом возникает наведенная электромагнитная сила.

    • Когда магнит вращается вокруг оси, ЭДС не создается, тогда как при вращении магнита вокруг своей оси он создает наведенную ЭДС.Когда магнит неподвижен или закреплен на своем месте, то в амперметре не наблюдается отклонения.

    • Когда магнит приближается к катушке, измеренное напряжение возрастает до своего пика.

    • Когда магнит удаляется от провода, величина генерируемого напряжения находится в направлении, противоположном направлению петли.

    Проведен и записан 3-й эксперимент. В этом эксперименте, когда катушка была неподвижна, гальванометр не отклонялся.Таким образом, в катушке генерировался нулевой наведенный ток. Но, когда магнит отошел далеко от контура, то амперметр показал отклонение от контура.

    Заключение:

    После проведения вышеупомянутых экспериментов Фарадей пришел к выводу, что если существует относительное движение между проводом и магнитным полем, то общая величина магнитной связи в катушке изменяется. Это изменение магнитного потока создает в катушке напряжение.

    Закон также гласит, что при изменении магнитного потока со временем возникает ЭДС или электродвижущая сила.

    Применение закона Фарадея

    Ниже приведены некоторые из важных применений закона Фарадея:

    • Трансформаторы и другие электрические устройства работают по принципу закона Фарадея.

    • Индукционная плита также работает по принципу взаимной индукции, который, в свою очередь, основан на законе Фарадея.

    • Индуцирование ЭДС в электромагнитный расходомер помогает регистрировать скорость потока жидкостей.

    Закон Фарадея — обзор

    2 Электрокоагуляция для удаления мышьяка

    Электрокоагуляция (ЕС) — это метод, альтернативный использованию химических коагулянтов для очистки воды. Он включает в себя электролитическое окисление соответствующего анодного материала и образование коагулянта на месте. 16,17 Когда постоянный ток (DC) применяется между двумя железными электродами, погруженными в воду, Fe 2+ высвобождается из анода. Высвободившийся Fe 2+ впоследствии окисляется в растворе с образованием HFO. 17 В этом исследовании железные электроды использовались для растворения Fe 2+ в воде для удаления мышьяка путем пропускания постоянного тока, что называется ECFe (электрокоагуляция с железными электродами).

    В процессе ECFe из-за приложенного напряжения на железных электродах железо (Fe 0 ) растворяется в форме Fe 2+ и в присутствии растворенного кислорода (DO) (мягкая окислительная среда) Fe 2+ окисляется до Fe 3+ с образованием реактивных промежуточных продуктов окисления, которые совместно окисляют As 3+ до As 5+ .Следовательно, As 3+ окисляется без добавления химического окислителя. 16 Это один из жизненно важных шагов по удалению мышьяка с помощью ECFe. Fe 3+ образует нерастворимый HFO в диапазоне pH 6,5–8,3 (который является диапазоном pH грунтовых вод), который адсорбирует арсенат (HFO обладает высокой адсорбционной способностью по отношению к арсенату). Этот насыщенный мышьяком HFO можно отделить отстаиванием или фильтрацией. В простой водно-фазовой системе, содержащей только As 3+ и DO, в периодической системе ECFe вначале почти не присутствует Fe 2+ , и по ходу эксперимента Fe 2+ растворяется в соответствии с применяется ток.Окисление Fe 2+ до Fe 3+ (HFO) приведет к окислению радикалов Fe 4+ 18 и окислению As 3+ до As 5+ . Водная фаза As 3+ , As 5+ , Fe 2+ и DO адсорбируются на HFO. Мы полагаем, что адсорбированный Fe 2+ окисляется адсорбированным кислородом или объемной фазой DO около границы раздела HFO до Fe 3+ и образует радикал Fe 4+ и окисляет адсорбированный As 3+ до As 5 + на интерфейсе или рядом с ним.

    Закон Фарадея используется для расчета количества железа, которое переходит в раствор (граммы Fe). 19

    (1) w = itMZF

    где

    w = растворение металла (граммы Fe)

    i = ток (амперы)

    t (секунды)

    M = молекулярная масса Fe

    Z = количество электронов, участвующих в реакции окисления / восстановления ( Z = 2)

    F = постоянная Фарадея : 96 485.

    Выражение скорости окисления Fe 2+ указано в уравнении (2). 20 Из уравнения очевидно, что скорость окисления иона двухвалентного железа в водной фазе зависит от концентрации ионов двухвалентного железа, концентрации DO и pH раствора.

    (2) ⅆFe2 + ⅆt = −k [Fe2 +] [DO] [OH−] 2

    Стехиометрическая потребность DO для окисления 1 мг Fe 2+ до Fe 3+ составляет 0,14 мг. Окисление Fe 2+ снизило бы концентрацию DO, и если ECFe проводится в отсутствие DO, Fe 2+ , генерируемый ECFe, не будет окисляться до Fe 3+ , и мышьяк не будет удален.Если реактор ECFe содержит предварительно сформированный HFO, то в такой ситуации Fe 2+ будет конкурировать с мышьяком за адсорбцию на HFO, а предварительно адсорбированный на HFO мышьяк, вероятно, перейдет в водную фазу. Во время электрокоагуляции мышьяк в восстанавливающих (при отсутствии DO) условиях может образовывать газ арсин, 21 , который является высокотоксичным и опасным для здоровья. Также существует возможность образования локальной восстановительной зоны, особенно в реакционной жидкости между электродами, в условиях плохого перемешивания или в условиях сильного тока.Таким образом, одним из наиболее важных соображений при проектировании является то, что реактор ECFe никогда не должен становиться бескислородным. Одним из способов обеспечения этого является медленное добавление Fe 2+ (слабый ток) или барботирование воздуха в реакторе. Некоторые исследователи не рассматривали роль DO и сообщили о плохом удалении мышьяка с помощью ЭК. 22,23 Другие наблюдали за выходом Fe 2+ из реактора ЕС, и предполагалось, что низкая концентрация выходящего Fe 2+ указывает на то, что DO было достаточно. 24 Однако можно упомянуть, что Fe 2+ адсорбируется на HFO, 25 , таким образом, даже если в водной фазе может присутствовать очень меньше Fe 2+ , значительная часть адсорбированного Fe 2+ может оставаться не окисляется на HFO и не способствует удалению мышьяка.

    Реактор ECFe для лабораторных экспериментов состоял из стеклянного стакана объемом 2 л с двумя железными пластинами, погруженными в воду. Их помещали на расстоянии 1 см друг от друга в водопроводной воде с добавлением мышьяка (характеристики водопроводной воды упомянуты в Kumar et al. 16 ) во всех периодических экспериментах с ECFe. Общая площадь погруженной поверхности каждого электрода в начале каждого эксперимента составляла 110 см 2 . Постоянный постоянный электрический ток подавался на железные пластины от источника постоянного тока. Чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для образования осадков Fe 3+ , раствор продували воздухом на протяжении всего эксперимента. Синтетические подземные воды (SGW), содержащие 8,2 мМ HCO 3 , 2,5 мМ Ca 2+ и 1,6 мМ Mg 2+ с необходимой концентрацией As 3+ или As 5+ , P, и Si был получен в соответствии с процедурой, упомянутой в литературе 26 , и использовался во всех экспериментах на колоннах с гранулированным фильтром.

    2.1 Окисление As
    3+ до As 5+ в ECFe

    В системе ECFe образуется свежий молекулярный Fe 2+ , который окисляется in situ до адсорбента HFO (Fe 3+ ), таким образом, доступная площадь поверхности, вероятно, будет выше, чем у HFO, полученного химическим путем из FeCl 3 . 27,28 Как упоминалось ранее, адсорбционная способность As 5+ по HFO намного выше, чем у As 3+ , 29 , но природные подземные воды содержат значительную долю As 3+ , что затрудняет снизить уровень мышьяка до стандартов питьевой воды.Поэтому в качестве первой стадии было предложено окисление As 3+ до As 5+ химическими окислителями. Поскольку 3+ может окисляться сильным окислителем, таким как перекись водорода, озон, хлор или перманганат калия. 11,30,31 Эксперименты проводились при исходной общей концентрации мышьяка 2 мг / л (As 3+ : 1,8 мг / л + As 5+ : 0,2 мг / л) при pH 6, 7, и 8, а результаты представлены на фиг. 1. Из рисунка видно, что после 5 мин запуска ECFe общее удаление мышьяка было более 50%, но концентрация As 5+ увеличилась примерно до 0.4 мг / л от 0,2 мг / л, что указывает на окисление As 3+ . В конце эксперимента мышьяк из нагруженного мышьяком шлама HFO был десорбирован в кислых условиях, и это показало, что в шламе присутствует только As 5+ , что указывает на почти полное окисление As 3+ . Некоторые исследователи упомянули возможность окисления As 3+ в электрохимическом процессе. 16,32,33 Робертс и др. 26 наблюдали окисление As 3+ до As 5+ во время окисления Fe 2+ до Fe 3+ , тогда как Li et al. 18 предполагают окисление As 3+ до As 4+ Fe 4+ , образовавшееся во время ЕС, и последующее окисление As 4+ DO до As 5+ . Следовательно, преобразование As 3+ в As 5+ в этом процессе можно рассматривать как главное преимущество процесса EC.

    РИСУНОК 1. Удаление мышьяка с помощью ECFe, где закрашенные символы обозначают удаление As 3+ , а полые символы обозначают концентрацию As 5+ (исходная общая концентрация As: 2 мг / л и i : 1.53 мА / см 2 ). ECFe = электрокоагуляция железными электродами.

    При электрокоагуляции со временем наблюдалось небольшое увеличение pH. Vik et al. 19 наблюдали такой же эффект во время процесса ЭК, а также сообщили, что электрокоагуляция может действовать как стадия нейтрализации pH. Повышение pH при электрокоагуляции объясняется образованием газообразного водорода на катоде. 19,34 Также можно ожидать небольшого увеличения pH из-за реакций сорбции As 5+ и As 3+ , которые высвобождают группы OH из сорбентов в результате обмена лигандов. 28 Важность pH в отношении коагуляции хорошо известна. Удаление As 3+ и As 5+ оксидами железа различно при различных значениях pH. 29,35,36 Su и Puls 37 сообщили, что As 3+ показывает большее удаление, чем As 5+ , а смесь As 5+ и As 3+ показала промежуточное удаление железом. оксиды.

    Сообщалось, что pH — важный рабочий фактор, влияющий на эффективность процесса электрокоагуляции. 34 Как видно из рисунка 1, удаление мышьяка было почти одинаковым с помощью ECFe в диапазоне pH 6–8, и As 3+ и As 5+ удаление до 97–99% было получено во всем Диапазон pH исследован. Наблюдаемое поведение можно объяснить, рассмотрев состав как мышьяка, так и HFO. Состав был определен с помощью программного обеспечения для определения равновесия MINEQL, и из результатов следует, что в диапазоне pH 6-8 почти все железо присутствует в виде Fe (OH) 3 (s), тогда как As 3+ существует в виде H 3 AsO 3 0 и As 5+ образует H 2 AsO 4 , HAsO 4 2- .Поскольку состав в диапазоне pH остается почти таким же, вполне вероятно, что влияние pH не будет значительным для удаления мышьяка. Подобные результаты были получены в предыдущих исследованиях. 38

    2.2 Удаление мышьяка с помощью химической коагуляции и электрокоагуляции

    Несколько исследователей изучали удаление мышьяка с помощью обычных методов коагуляции с использованием солей железа (например, хлорида железа и сульфата железа) и солей алюминия (например, квасцов). 29,35,39 Они сообщили, что достигнутое удаление составляло до 99% для As 5+ и только до 40–50% для As 3+ .В этом исследовании стандартные эксперименты по коагуляции проводились с использованием хлорида железа (FeCl 3 ) в различных дозах. FeCl 3 добавляли к 1 л раствора, содержащего исходную концентрацию мышьяка 2 мг / л. После добавления FeCl 3 pH снизился до 3,5–5 и сразу был доведен до желаемого значения с помощью разбавленного NaOH или HCl. Эффективности удаления, полученные с помощью химической коагуляции (CC), сравнивали с эффективностями, полученными в ECFe в аналогичных условиях водной фазы для As 3+ и As 5+ .Сравнение проводилось для обоих методов на основе дозировки железа. Результаты показали, что в обоих методах удаление мышьяка увеличивалось с увеличением дозировки железа, и удаление As 5+ было больше, чем удаление As 3+ . В ECFe удаление As 5+ было более 99%, а удаление As 3+ до 98–99% наблюдалось при дозировке железа 19 мг Fe / л во всех наблюдаемых диапазонах pH. В CC 98–99% удаления было достигнуто для As 5+ , но только 45% для As 3+ было получено при той же дозировке железа.Экспериментальные наблюдения в традиционных исследованиях коагуляции с As 3+ и As 5+ согласуются с более ранними исследованиями. 29,35,39 Исходя из результатов, становится ясно, что удаление As 5+ с помощью CC и ECFe кажется одинаковым, тогда как для As 3+ эффективность удаления с помощью ECFe намного выше, чем у As 3+ . пользователя CC.

    Высокая эффективность удаления As 3+ с помощью ECFe, по-видимому, является главным преимуществом этого процесса. Для удаления As 3+ из грунтовых вод добавление окислителя в процессе ECFe не требуется.Сообщается, что неорганический мышьяк образует прочные комплексы с гидроксидами железа. 40 Регулировка pH — еще один важный аспект любого обычного процесса. Добавление солей железа или адсорбентов может вызвать снижение pH раствора, поскольку большинство солей трехвалентного железа и алюминия являются кислыми солями. Кроме того, добавление солей трехвалентного железа / алюминия вызовет увеличение содержания хлоридов или сульфатов в очищенной воде, что нежелательно. При обычной коагуляции pH снижали до 3.5–5 добавлением хлорида железа, тогда как в процессе ECFe pH никогда не превышал 8,5. Это может быть еще одним преимуществом ECFe. Низкие эксплуатационные расходы и простота в эксплуатации процесса ЕС делают его пригодным для бытовых фильтров очистки воды.

    Адсорбция как As 3+ , так и As 5+ на am-Fe (OH) 3 является основным механизмом и была подробно изучена как функция pH Пирсом и Муром. 41 Вопрос об адсорбции мышьяка на am-Fe (OH) 3 является сложным, поскольку адсорбционная способность обоих видов мышьяка является функцией pH и концентрации мышьяка в растворенной фазе. 36 Адсорбция As 3+ и As 5+ на HFO различается при разных значениях pH. Большинство исследователей сообщают о более благоприятной адсорбции As 5+ . 14,40 Различия в относительной легкости удаления As 5+ по сравнению с As 3+ , вероятно, можно объяснить различиями в морфологии оксида железа, степени окисления железа, химическом составе воды и pH. 37 Таким образом, для исследования адсорбционной способности As 3+ и As 5+ в ECFe и CC были построены изотермы адсорбции.Результаты показаны на рисунке 2. На рисунке сплошная линия представляет адсорбцию мышьяка в ECFe, а пунктирная линия представляет CC. Как и ожидалось, наблюдается, что адсорбционная способность As 3+ ( q e ) в ECFe намного выше, чем в CC. Максимальная адсорбционная способность As 3+ , полученного в ECFe, составляет 0,274 мг As 3+ / мг Fe, тогда как она составляет 0,174 мг As 3+ / мг Fe в CC при pH 6. Подобные результаты были получены при pH. 7 и 8. Это указывает на то, что ECFe более эффективен для удаления As 3+ .Для As 5+ адсорбционная способность для ECFe и CC почти одинакова. В ECFe адсорбция As 3+ на HFO была немного выше при pH 7, чем при pH 6 и 8. Этот эффект pH обычно объясняется нулевой точкой заряда адсорбента. 37,42 Пирс и Мур 41 также сообщили, что адсорбция As 3+ на аморфном гидроксиде железа максимальна при pH 7 и ухудшается при pH 6. Подобные результаты были получены и для CC. Что касается As 5+ , максимальная адсорбция имела место при pH 6 и немного снижалась по мере увеличения pH в процессах ECFe и CC.Удаление As 5+ может быть связано с относительно высокой адсорбционной способностью HFO для мышьяка 42 и более сильной электростатической адсорбцией на положительно заряженных участках поверхности HFO для H 2 AsO 4 , который является преобладающим видом As 5+ в этом диапазоне pH. 35

    РИСУНОК 2. Изотермы адсорбции мышьяка для (A) As (III) и (B) As (V), полученных в ECFe и CC при pH 6. CC = химическая коагуляция, ECFe = электрокоагуляция с железными электродами.

    Модели Фрейндлиха и Ленгмюра были применены для адсорбции мышьяка на HFO с помощью ECFe и CC. Уравнения изотермы Ленгмюра и Френдлиха упомянуты ниже.

    Уравнение Ленгмюра:

    (3) 1qe = 1Q0 + 1Q0b (1Ce)

    Уравнение Фрейндлиха:

    (4) logqe = logkf + 1nlogCe

    , где

    q поглощенное количество при равновесии (миллиграммы адсорбированного As на миллиграмм Fe)

    C e = равновесная концентрация адсорбата в растворе.

    k f = константа.

    n = константа

    b = константа, представляющая энергию адсорбционной связи.

    Q 0 = константа, представляющая максимальную адсорбционную плотность.

    Константы Фрейндлиха и Ленгмюра ( k , n , b и Q 0 ), полученные для As 3+ и As 5+ в ECFe и CC. в таблице 1.В случае As 3+ значение n было выше в ECFe, чем в CC. Значения k f , полученные для ECFe, указывают на возможность хемосорбции. Из таблицы 1 также видно, что не наблюдается значительного влияния pH на удаление As 3+ и As 5+ с помощью ECFe в наблюдаемом диапазоне pH 6-8.

    Таблица 1. Параметры изотерм Фрейндлиха и Ленгмюра и соответствующая статистическая информация для As 3+ и As 5+ в ECFe и химической коагуляции

    90
    Виды мышьяка Изотерма Фрейндлиха L
    pH k f n R 2 b Q 17 9 90 17 9 90 17 9 90
    ECFe
    As 3+ 6 0.188 3,998 0,8254 63,86 0,1507 0,9142 15
    7 0,22 3,204 0,22 3,204 0,9174 26,77 9034 9034 9034 0,9174 9347 0,192 3,309 0,859 22,2 0,1616 0,9233 20
    As 5+ 6 0.341 3,699 0,8638 26,75 0,3162 0,8572 10
    7 0,23 4,07 0,9574
    0,9574 9304 Коагуляция
    As 3+ 6 0,109 1,284 0,9488 1,715 0,1348 0,8751 8 46 1,302 0,9503 1,377 0,209 0,9545 7
    8 0,123 1,397 0,9747 0,9747 0,9747 5+ 6 0,4491 2,041 0,8638 10,2 0,3198 0,8154 5
    7 0.472 1,88 0,9574 18,26 0,2219 0,8981 7
    8 0,2272 1,822 0,9159 0,9159 0,9159 N = количество точек данных, k f = константа, n = константа, b = константа, представляющая энергию адсорбционной связи, Q 0 = константа, представляющая максимальную плотность адсорбции, ECFe = Электрокоагуляция железными электродами.

    2.3 Удаление мышьяка с помощью двухступенчатого ECFe

    Способность удаления As 3+ и As 5+ с помощью ECFe довольно высока (Рисунок 2) для равновесной концентрации мышьяка выше 0,1 мг / л и резко снижается с 0,1 до 0,01 мг / л. Следовательно, если мышьяк последовательно удаляется в двухступенчатом ECFe, количество необходимого железа уменьшится. Был проведен эксперимент с 1000 ppb As 3+ в водопроводной воде с добавлением мышьяка с DO 6 мг / л на установке ECFe. На первом этапе пропускали ток 30 мА в течение 15 мин.Образовавшемуся Fe 2+ давали возможность постоять в течение 1 часа, а затем все содержимое реактора фильтровали через фильтровальную бумагу Whatman No. 42. Концентрация мышьяка в фильтрате составляла 93 частей на миллиард, и Fe не определялся. Вторую стадию ECFe проводили с этим фильтратом в течение еще 50 минут, и после этой стадии конечная концентрация мышьяка в фильтрате составляла 3 частей на миллиард. Общее количество железа, добавленного на обеих стадиях ECFe, составляло 21,3 мг / л, что намного меньше, чем 55 мг / л Fe, необходимого для одностадийной операции ECFe для снижения концентрации мышьяка до того же уровня при аналогичных экспериментальных условиях.Из эксперимента ясно, что для последовательного удаления мышьяка требуется гораздо меньше железа для достижения низких уровней мышьяка, и это также уменьшит образование осадка. Это явление используется в фильтре мышьяка в масштабе сообщества (фильтр мышьяка IITB), который рассматривается в следующих разделах.

    В ходе исследования было проведено несколько экспериментов с ECFe, результаты которых показали возможность межфазных реакций, протекающих на поверхности HFO. Эти реакции были полезны для окисления и удаления мышьяка.Были проведены эксперименты для оценки эффекта присутствия HFO в установке ECFe. Периодический эксперимент с ECFe проводили с исходным As 3+ : 1000 частей на миллиард, pH: 7; после добавления 31,2 мг / л Fe раствор фильтровали через фильтровальную бумагу (Whatman № 42). Фильтрат имел концентрацию As 2 частей на миллиард. Содержимое реактора ECFe не удалялось. Объем воды, потерянный при отборе проб, был восполнен, и As 3+ был увеличен для достижения концентрации в реакторе 1000 частей на миллиард, и был проведен ECFe.После добавления 21 мг / л Fe содержание мышьяка в фильтрате составило 2 частей на миллиард. Это указывает на снижение содержания Fe на 30% в присутствии предварительно полученного HFO. Следовательно, это показывает, что удаление мышьяка в присутствии HFO было улучшено. Это явление используется в фильтрах мышьяка IITB.

    2.4 Влияние фосфатов на удаление мышьяка

    Внесение фосфатных удобрений и удаление сточных вод в грунтовые / поверхностные воды приводит к увеличению концентрации фосфатов в грунтовых водах. Анализ данных BGS для Бангладеш показывает, что концентрация фосфатов достигает 18 мг / л.Фосфат-ион очень похож на арсенат-ион и конкурирует с сайтами адсорбции на HFO. 43,44 Различные исследователи обнаружили, что присутствие фосфата снижает удаление мышьяка HFO. 26,45 В Бангладеш 95% лунок пробирок имеют концентрацию фосфата, выраженную в виде фосфора (PO 4 -P), менее 3 мг / л. 13 Были проведены эксперименты с ECFe для оценки влияния фосфата (до 3,1 мг / л) на удаление мышьяка. Фосфат образует прочный комплекс с ионами Fe 2+ , что также показала модель MINEQL.Fe 2+ образует комплекс с фосфатом и восстанавливает свободный доступный Fe 2+ в водной фазе, и, таким образом, скорость окисления Fe 2+ DO снижается, и, таким образом, время, необходимое для окисления Fe 2+ , увеличивается. . Как только HFO образуется в реакторе ECFe, фосфат конкурирует с As 5+ за места адсорбции на HFO, тем самым влияя на удаление мышьяка. На рисунке 3 показаны экспериментальные результаты для As 3+ : 1,16 мг / л и PO 4 -P: 3.1 мг / л. При добавлении Fe 7 мг / л концентрация PO 4 -P снизилась с 3,1 мг / л до 0,9 мг / л, тогда как мышьяка снизилась с 1,16 мг / л до 0,85 мг / л, что указывает на преимущественное удаление фосфата HFO. , что согласуется с литературными данными. 26,29,45

    РИСУНОК 3. Влияние фосфата на удаление мышьяка с помощью ECFe. ECFe = электрокоагуляция железными электродами.

    2.5 Влияние естественного органического вещества и других сопутствующих ионов на удаление мышьяка

    Были также проведены эксперименты для определения влияния силиката на эффективность удаления мышьяка с помощью ECFe.Эффективность адсорбции снижается более чем на 20% в присутствии силиката 30 мг / л. Силикат имеет тенденцию образовывать комплекс с железом, которое остается в растворе, что снижает эффективность удаления мышьяка. 46 Остальные анионы (нитрат, сульфат, бикарбонат и хлорид) незначительно влияли на удаление мышьяка с помощью ECFe. Известно, что природное органическое вещество (NOM) присутствует в подземных водах. Гуминовая кислота использовалась в качестве модельного соединения для NOM для лабораторных экспериментов. Концентрация гуминовой кислоты 20 ppm снижает удаление мышьяка на 14%.Это снижение эффективности может быть связано с меньшим окислением As 3+ , поскольку ГК имеет тенденцию улавливать окислительные радикалы. 47

    Faraday Future присоединяется к Формуле E

    Faraday Future присоединяется к Formula E, полностью электрической гоночной серии. Калифорнийская компания по производству электромобилей объявила об этом сегодня в Лондоне, где в эти выходные Формула E завершит свой второй сезон парой гонок вокруг парка Баттерси. Компания впервые подключилась к серии в начале этого года, когда стала титульным спонсором гонки в Лонг-Бич, что вызвало некоторые слухи о том, что компания присоединится к серии в более официальном качестве.

    Faraday Future войдет в серию благодаря техническому партнерству с Dragon Racing, одной из 10 существующих команд Формулы E. Компания также станет участником Dragon Racing, которая в настоящее время принадлежит Джею Пенске (сыну легенды автоспорта Роджера Пенске), хотя обе стороны отказались сообщить, сколько Фарадей будет контролировать. Забегая вперед, команда, которая теперь называется Faraday Future Dragon Racing, официально дебютирует в начале третьего сезона Формулы E в Гонконге в октябре этого года.Кроме того, LeEco — китайская компания, которая финансирует Faraday Future, одновременно работая над собственным электромобилем, — будет спонсировать Dragon Racing.

    Мы впервые узнали о Faraday Future летом 2015 года, когда Motor Trend сообщил, что стартап переманивает таланты у Tesla для создания собственного электромобиля. С тех пор мы заглянули в штаб-квартиру компании в южной Калифорнии и наблюдали, как в этом году на выставке CES он представляет невероятно футуристический (хотя и нереалистичный) концепт-кар.

    Но в остальном компания не раскрывает своих планов по производству электромобилей для массового рынка, и ей есть что доказать. Она только недавно открыла землю на заводе к северу от Лас-Вегаса, где планирует производить свои автомобили, и не показала ничего похожего на серийный автомобиль. Его главный конкурент, Tesla, изо всех сил пытается улучшить качество и масштабировать свой завод к запуску Model 3, обнажая, насколько сложно создать новую автомобильную компанию.

    С каждым сезоном компания будет активнее участвовать

    Присоединение к Formula E дает Faraday Future еще один способ испытать технологии, которые могут появиться в этом массовом автомобиле. В первый сезон все команды Формулы Е должны были участвовать в гонках на одной и той же машине. Но во втором сезоне Формула E начала позволять командам создавать собственные трансмиссии, включая двигатели, коробку передач и заднюю подвеску. Этот шаг был призван сделать спорт более привлекательным для крупных производителей автомобилей, и он сработал — Renault, Citroën и Audi теперь вовлечены в спорт на техническом уровне.Ходят слухи, что и другие, такие как BMW и Nissan, тоже заинтересованы.

    Dragon Racing была одной из немногих команд, которые не воспользовались этой свободой для разработки собственной уникальной трансмиссии — вместо этого она купила трансмиссию у другой команды Формулы E, Venturi Racing. (В настоящее время Dragon занимает четвертое место в турнирной таблице командного чемпионата после того, как финишировал вторым в первом сезоне Формулы E.) Faraday начнет свое партнерство с Dragon, помогая команде получить максимальную отдачу от новой трансмиссии, которую команда разработала для третьего сезона.

    В четвертом сезоне, однако, партнерство будет расширяться, и Faraday Future планирует начать поставки Dragon Racing с собственными индивидуальными компонентами трансмиссии. К пятому сезону спорткар будет внедрять новое шасси и аккумулятор, и Faraday Future заявляет, что будет полностью участвовать в разработке этого перехода, создавая больше компонентов трансмиссии, таких как двигатель и коробка передач, программное обеспечение и прошивки. Faraday Future также сообщает, что в пятом сезоне планирует оснастить свой автомобиль Формулы E тем же инвертором, который в конечном итоге будет использоваться в серийных автомобилях компании.(Инвертор — это то, что передает энергию батареи двигателю.)

    Перенос электрических технологий Формулы Е на дороги долгое время был главной целью серии. «Одной из наших целей с самого начала было содействие технологической конкуренции», — сказал генеральный директор Алехандро Агаг, когда в 2015 году компания объявила о начале разработки трансмиссии. «Нам нужны« актеры », чтобы присоединиться к ним и разработать технологии для борьбы друг с другом в гонках. Посредством этой борьбы мы улучшаем технологии, а затем с помощью этой усовершенствованной технологии мы улучшаем электромобили в целом.«

    Faraday Future может сократить команду Формулы E, чтобы сэкономить

    Faraday Future за последнее время многое пережило. Стартап по производству электромобилей изо всех сил пытался реализовать свой заводской проект, потерял руководителей и увидел, что его главный инвестор — китайский конгломерат LeEco — резко упал.

    Теперь следующей жертвой финансовых проблем FF может стать ее участие в Формуле E. Множественные источники, осведомленные о ситуации, которые разговаривали с The Verge на условиях анонимности, говорят, что участие Faraday Future в молодой, полностью электрической гоночная серия идет по тонкому льду.

    FF присоединился к Формуле E прошлым летом, незадолго до начала третьего сезона. Он сотрудничал с Dragon Racing, командой, которой руководит Джей Пенске, сын знаменитого владельца гоночной команды Роджера Пенске. Компания присоединилась к крупным автопроизводителям, ежемесячно конкурируя с Renault, Audi и Jaguar. Как и они, FF надеялся получить от участия в сериале две вещи: некоторые технические знания и хорошие маркетинговые возможности.

    Но поскольку компания изо всех сил пытается найти новые инвестиционные деньги из-за проблем с LeEco (которая также участвует в спонсировании гоночной команды), Формула E может стать тем местом, где компания может сэкономить немного денег.

    «Где дым, там огонь».

    Кейт Смаут, коммерческий директор Dragon Racing, сообщил в электронном письме на адрес The Verge , что у FF и Dragon есть четырехлетний контракт, и что у компании «хорошая репутация». Но он также сказал, что обе стороны «обсуждают 4 сезон прямо сейчас». (Третий сезон закончился в июле.) «Где дым, там огонь», — написал он в продолжении.

    FF был намного оптимистичнее об отношениях.«Не было принято никаких бизнес-решений относительно выхода [из Формулы E]», — сообщил представитель The Verge . Представитель добавил, что инженеры FF «приехали в Испанию в эти [прошлые] выходные» для тестирования 4-го сезона, который начнется в декабре. «С нашей стороны, а также со стороны Penske, контракт находится в хорошем состоянии, и обе стороны соблюдают все свои обязательства в рамках контракта».

    Честно говоря, это перекликается с тем, что сказал Пенске, когда я спросил его об отношениях с FF на гонке Формулы E в Бруклине в прошлом месяце:

    Ответ, который мы получили от команды и инженеров Фарадея, был очень хорошим.Вы знаете, они были активны с нами каждую неделю, начиная с настоящего Лондона прошлого года. Итак, мы не заметили никаких изменений. У нас сложились прекрасные рабочие отношения с их командой.

    Инженер работает над одним из автомобилей Faraday Future Dragon Racing на июльской гонке в Бруклине, Нью-Йорк.

    Но FF задерживает некоторые платежи Penske, согласно двум источникам, что отражает обвинения в том, что компания в целом не заплатила некоторым своим поставщикам.Один высокопоставленный сотрудник Формулы E, попросивший не называть его имени, сказал, что Пенске «отчаянно» ищет новую автомобильную компанию для сотрудничества, поскольку отношения за кулисами обостряются.

    Отчасти проблема, по словам другого источника, в том, что FF потеряла некоторых людей, которые больше всего поддерживали участие в автоспорте. Самым крупным из них был Марко Маттиаччи, который покинул компанию еще в декабре. Маттиаччи был руководителем команды Ferrari Формулы-1, а также был президентом и генеральным директором Ferrari North America и Ferrari Asia Pacific.По словам источника, проект Formula E был «его детищем».

    Нейт Шредер, глава отдела автоспорта FF, также покинул компанию в июле, согласно его странице в LinkedIn. FF подтвердил его уход, но отказался от дальнейших комментариев. (Шредер не ответил на несколько запросов.)

    FF потерял больших сторонников программы автоспорта

    Наибольшую поддержку получил Ник Сэмпсон, старший вице-президент компании по исследованиям, который также был фактическим лицом FF.«Мы всегда хотели раздвинуть границы, что является частью культуры Фарадея, довести все до предела, чтобы исследовать границы», — сказал мне Сэмпсон в прошлом месяце на гонке Формулы E в Бруклине. «Автоспорт — отличное место для этого».

    Но Сэмпсон признал, что, хотя FF считает, что Формула E (а в последнее время и Пайкс-Пик) является хорошей ареной для того, чтобы больше узнать о технологии электрических трансмиссий в высокопроизводительных условиях, эти вложения должны окупиться.Частью этого уравнения является успех в сериале — то, что ускользнуло от Faraday Future Dragon Racing в этом сезоне, поскольку он занял восьмое место из 10 команд. Dragon финишировал вторым и четвертым в первом и втором сезонах соответственно, поэтому неудивительно, что Motorsport.com сообщил на этой неделе, что «трудности существовали во многих областях в общей сплоченности на протяжении всей операции».

    Несмотря на эти проблемы, Сэмпсон был настроен оптимистично. «Как и все в жизни, вы больше учитесь на своих ошибках и том, что идет не так, чем на своих успехах», — сказал он.

    В прошлом году

    FF опубликовала подробную информацию о своей машине Формулы E, в которой указана цена около 350 000 долларов. Каждая команда в этой серии имеет четыре машины, а также около десятка сотрудников — инженеров, механиков и связистов, которым FF платит зарплату. Небольшие миллионы, потраченные на Формулу Е, не считаются большим финансовым риском или бременем для большинства вовлеченных производителей. Поскольку эта серия настолько нова, серия ограничивает объем доработок, которые могут быть выполнены на автомобилях, поэтому Формула E является такой же дорогой, как и другие виды автоспорта, такие как F1 или чемпионат мира по гонкам на выносливость.Но большинство из этих производителей являются глобальными операциями, которым нужно потратить гораздо больше денег, чем у FF, у которой есть только один равноправный стартап — китайская компания NIO (ранее NextEV) — в спорте.

    Участие в Формуле E могло быть оправданным — и потенциально даже практическим — решением для молодой, голодной компании, которая, казалось, находилась на подъеме. У FF всегда были гоночные амбиции, о чем свидетельствует возмутительный (но полностью статичный) суперкар, который компания представила во время своего первого выступления на выставке Consumer Electronics Show 2016.

    FF — это компания, которая, по общему мнению, должна аккуратно тратить все деньги, которые она может принести прямо сейчас. Уход из Формулы E может стать еще одним серьезным ударом по моральному духу, который, по словам нынешних и бывших сотрудников, уже истощается.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *