Định luật cảm ứng Faraday và công thức tương ứng

Buzz

Nội dung bài viết

1. Phát biểu định luật Faraday

2. Công thức của Faraday

3. Mở rộng về định luật

4. Bài tập về định luật Faraday

Xem thêm

Đọc tóm tắt

- Định luật Faraday mô tả nguyên lý cảm ứng điện từ, trong đó từ trường tạo ra sức điện động trong mạch điện.
- Công thức Faraday liên quan đến khối lượng chất giải phóng ở điện cực, cường độ dòng điện, thời gian điện phân và hằng số Faraday.
- Ví dụ bài tập giúp tính toán khối lượng chất trong điện phân, thời gian bóc lớp đồng và cường độ dòng điện trong mạch.
- Tài liệu này giúp ôn tập và giải các bài tập vật lý 11.

Định luật Faraday là gì? Công thức Faraday như thế nào? Câu hỏi này được rất nhiều bạn học sinh quan tâm. Trong bài viết này, Mytour giới thiệu toàn bộ kiến thức về Faraday như: nội dung định luật, công thức và một số ví dụ minh họa. Tài liệu này sẽ giúp bạn ôn tập và củng cố kiến thức để giải các bài tập Vật lí 11.

Định luật cảm ứng Faraday là một nguyên lý cơ bản trong điện từ, mô tả việc từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra sức điện động - một hiện tượng gọi là cảm ứng điện từ. Đây là nguyên lý hoạt động của máy biến áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện. Bên cạnh đó, bạn có thể tham khảo thêm công thức tính nhiệt lượng tỏa ra.

1. Phát biểu định luật Faraday

Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ với lượng điện và đường dẫn qua dung dịch.

2. Công thức của Faraday

Trong công thức trên:

m: khối lượng chất được giải phóng tại điện cực (gam)
A: khối lượng mol nguyên tử của chất thu được tại điện cực
n: số electron mà nguyên tử hoặc ion đã trao đổi
I: cường độ dòng điện (A)
t: thời gian điện phân (s)
F: hằng số Faraday, là điện tích của 1 mol electron hay điện lượng cần thiết để 1 mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc ở anot (F = 1,602.10^-19.6,022.10²³ ≈ 96500 C.mol^-1)

3. Mở rộng về định luật

Khối lượng chất được giải phóng ở điện cực dương cũng bằng khối lượng chất bám vào cực âm.

Từ công thức của định luật Fa-ra-đây, chúng ta có thể suy ra các đại lượng như cường độ dòng điện, thời gian điện phân, khối lượng mol nguyên tử (từ đó xác định được tên nguyên tố).

$egin{gathered} mathrm{m}= rac{1}{mathrm{~F}} cdot rac{mathrm{A}}{mathrm{n}} mathrm{It} Rightarrow mathrm{I}= rac{mathrm{m} cdot mathrm{F} cdot mathrm{n}}{ ext { A.t }} \ mathrm{m}= rac{1}{mathrm{~F}} cdot rac{mathrm{A}}{mathrm{n}} mathrm{It}=>mathrm{t}= rac{mathrm{m} cdot mathrm{F} cdot mathrm{n}}{ ext { A.I }} \ mathrm{m}= rac{1}{mathrm{~F}} cdot rac{mathrm{A}}{mathrm{n}} mathrm{It}=>mathrm{A}= rac{mathrm{m} cdot mathrm{F} cdot mathrm{n}}{mathrm{I} cdot mathrm{t}}= rac{mathrm{m} cdot mathrm{F} cdot mathrm{n}}{mathrm{q}} end{gathered}$

4. Bài tập về định luật Faraday

Bài 1

Trong một bình điện phân chứa dung dịch AgNO₃ có điện trở là 2,5 Ω. Điện cực catốt của bình là bạc (Ag) và hiệu điện thế đặt vào hai điện cực của bình là 10V. Tính khối lượng m của bạc bám vào catốt sau 16 phút 5 giây. Khối lượng nguyên tử của bạc là A=108 và hóa trị n = 1.

Giải bài toán:

Đổi 16 phút 5 giây thành giây = 965 giây

Dòng điện chạy qua bình điện phân là:

mathrm{I}=rac{mathrm{U}}{mathrm{R}}=rac{10}{2,5}=4

Khối lượng bạc bám vào catốt sau 16 phút 5 giây là:

mathrm{m}=rac{1}{mathrm{~F}} cdot rac{mathrm{A}}{mathrm{n}} mathrm{It}=rac{1}{96500} cdot rac{108}{1} cdot 4 cdot 965=4,32(mathrm{~g})

Đáp án là: 4,32 g

Bài 2: Người ta muốn bóc một lớp đồng dày d = 10μm trên một bản đồng diện tích S = 1cm² bằng phương pháp điện phân. Cường độ dòng điện là 0,010 A. Tính thời gian cần thiết để bóc được lớp đồng. Cho biết đồng có khối lượng riêng là D = 8900 kg/m³, khối lượng mol 64 g/mol và hóa trị 2.

Giải bài toán:

Số lượng đồng cần bóc đi:

m = D.V = D.S.d = 8900.1.10^-4.10.10^-6 = 8,9.10^-6 (kg) = 8,9.10^-3 (g)

Sử dụng công thức của định luật Faraday:

Kết quả là: 2683 giây

Bài 3

Trong một mạch điện như hình vẽ: Có bộ nguồn (E = 12 V; r = 0,4 Ω), R1 = 9Ω, R2 = 6Ω và một bình điện phân chứa dung dịch CuSO4, cực dương bằng đồng Cu và điện trở của bình điện phân Rp = 4Ω. Tính:

a) Cường độ dòng điện trong mạch chính.

b) Khối lượng đồng thoát ra ở cực dương trong 16 phút 5 giây.

Gợi ý cho đáp án

Khi thực hiện điện phân một dung dịch muối với kim loại của chính dung dịch làm đối cực, chúng ta gặp hiện tượng cực dương là kim loại đó (trong trường hợp này là đồng). Không có gì mới ở đây. Chúng ta có thể xem bình điện phân như một điện trở và thực hiện tính toán như bình thường. Riêng với bình điện phân, chúng ta quan tâm đến dòng điện chạy qua bình, thời gian điện phân và khối lượng kim loại giải phóng ở cực dương. Lưu ý rằng khối lượng này được tính bằng gam (g) chứ không phải là kilogram (kg)

a) Điện trở tương đương của mạch bên ngoài:

b) Khối lượng đồng thoát ra ở cực dương:

Nội dung từ Mytour nhằm chăm sóc khách hàng và khuyến khích du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không áp dụng cho mục đích khác.

Nếu bài viết sai sót hoặc không phù hợp, vui lòng liên hệ qua email: [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Định luật Faraday là gì và có ý nghĩa như thế nào trong điện từ?

Định luật Faraday mô tả hiện tượng cảm ứng điện từ, trong đó từ trường tương tác với mạch điện để tạo ra sức điện động. Đây là nguyên lý cơ bản trong điện từ, áp dụng vào các thiết bị như máy biến áp, động cơ điện, và máy phát điện.

Công thức định luật Faraday được viết như thế nào và các ký hiệu có nghĩa gì?

Công thức định luật Faraday: m = (A * n * I * t) / F. Trong đó, m là khối lượng chất giải phóng, A là khối lượng mol nguyên tử, n là số electron trao đổi, I là cường độ dòng điện, t là thời gian điện phân, và F là hằng số Faraday.

Cách tính khối lượng chất giải phóng tại điện cực trong điện phân như thế nào?

Khối lượng chất giải phóng tại điện cực được tính bằng công thức Faraday, trong đó cường độ dòng điện, thời gian điện phân và số electron trao đổi đóng vai trò quan trọng. Ví dụ, tính khối lượng bạc bám vào catốt sau khi biết cường độ dòng điện và thời gian.

Có thể tính được khối lượng đồng thoát ra trong điện phân không?

Có thể tính được khối lượng đồng thoát ra bằng cách sử dụng công thức Faraday. Dựa vào cường độ dòng điện, thời gian điện phân và các đặc tính của đồng, chúng ta tính được khối lượng đồng giải phóng trong một thời gian nhất định.

Làm thế nào để giải bài tập về định luật Faraday trong Vật lý 11?

Để giải bài tập về định luật Faraday, cần áp dụng công thức Faraday cho từng tình huống, chuyển đổi các đơn vị cho phù hợp và tính toán khối lượng chất giải phóng dựa trên cường độ dòng điện và thời gian điện phân. Ví dụ trong bài toán về bạc và đồng.