Suất điện động cảm ứng, Công thức định luật Faraday về cảm ứng điện từ và bài tập | Bostonenglish.edu.vn

Bài viết này chúng ta cùng tìm hiểu suất điện động cảm ứng là gì? Công thức định luật Fa-ra-đây (Faraday) về dòng điện cảm ứng được viết ra sao? Suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ (Lenz) có mối quan hệ như thế nào?

công thức faraday

công thức faraday

Bạn đang xem: Suất điện động cảm ứng

Định nghĩa

Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion đi tới anôt kéo các ion kim loại của điện cực vào trong dung dịch.

Ví dụ: Xét trường hơp bình điện phân đựng dung dịch CuSO4 với cực dương bằng đồng:

Khi có dòng điện chạy qua, cation Cu2+ chạy về catôt và nhận electron trở thành nguyên tử Cu bám vào điện cực.

Cu2+  + 2e → Cu

Ở anôt, electron bị kéo về cực dương của nguồn điện, tạo điều kiện hình thành ion Cu2+ trên bề mặt tiếp xúc với dung dịch.

Cu → Cu2+   + 2e

Khi anion (SO4)2- chạy về anôt, nó kéo  ion Cu2+ vào dung dịch. Như vậy, đồng ở anôt sẽ tan dần vào trong dung dịch. Đó là hiện tượng dương cực tan.

Công thức định luật Faraday hay nhất

Khi xảy ra hiện tượng dương cực tan, dòng điện trong chất điện phân tải điện lượng cùng với vật chất  (theo nghĩa hẹp) nên khối lượng chất đi đến điện cực:

+ Tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình điện phân;

+ Tỉ lệ thuận với khối lượng của ion (hay khối lượng mol nguyên tử A của nguyên tố tạo nên ion ấy);

+ tỉ lệ nghịch với điện tích của ion (hay hóa trị n của nguyên tố tạo ra ion ấy)

* Định luật Fa-ra-đây thứ nhất

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.

* Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam Công thức định luật Faraday hay nhất của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là Công thức định luật Faraday hay nhất, trong đó F gọi là số Fa-ra-đây.

Công thức – đơn vị đo

* Định luật Fa-ra-đây thứ nhất

Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.

m = k.q

Trong đó:

+ k gọi là đương lượng điện hoá của chất được giải phóng ở điện cực;

+ q là điện lượng chạy qua bình điện phân, có đơn vị Culong;

+ m là khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân, có đơn vị gam (g).

* Định luật Fa-ra-đây thứ hai

Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam Công thức định luật Faraday hay nhất của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là Công thức định luật Faraday hay nhất, trong đó F gọi là số Fa-ra-đây.

Công thức định luật Faraday hay nhất

Trong đó:

+ k là đương lượng điện hóa.

+ F là số Fa-ra-đây, F = 96494 C/mol, thường lấy chắn là F = 96500 C/mol.

+ A là khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố tạo nên ion, có đơn vị gam.

+ n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.

* Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta được công thức Fa-ra-đây:

See also  Tier Là Gì - Nghĩa Của Từ Tier | Bostonenglish.edu.vn

Công thức định luật Faraday hay nhất

Trong đó:

+ m là chất được giải phóng ở điện cực, tính bằng gam.

+ F là số Fa-ra-đây, F = 96494 C/mol, thường lấy chắn là F = 96500 C/mol.

+ A là khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố tạo nên ion, có đơn vị gam.

+ n là hóa trị của nguyên tố tạo ra ion.

+ I là cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị ampe (A);

+ t là thời gian dòng điện chạy qua bình điện phân, có đơn vị giây (s).

Mở rộng

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

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

Công thức định luật Faraday hay nhất

Công thức định luật Faraday hay nhất

Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

Suất điện động cảm ứng là gì?

– Định nghĩa: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

Định luật Fa-ra-đây (Faraday)

– Xét biến thiên từ thông Δϕ trong thời gian Δt trong mạch kín (C) do sự dịch chuyển của mạch.

suất điện động cảm ứng

– Công do lực từ tác dụng vào mạch: ΔA=i.Δϕ với i là cường động dòng điện cảm ứng.

– Áp dụng định luật Len-xơ, công của ngoại lực sinh ra để gây ra biến thiên từ thông trong mạch là:

 ΔA=ΔA=i.Δϕ (*)

– Công ΔA chính là giá trị phần năng lượng bên ngoài cung cấp cho mạch:

 ΔA=ec.i.Δt (**)

– Trong đó: ec suất điện động cảm ứng (tương tự như điện năng do một nguồn điện sinh ra)

– Từ (*) và (**) ta có, công thức suất điện động cảm ứng là: 

– Nếu chỉ xét về độ lớn thì:

Định luật Fa-ra-đây: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luận Len-xơ

  • Sự xuất hiện dấu “-” trong công thức suất điện động cảm ứng là phù hợp với định luật Len-xơ.

– Trước hết mạch kín (C) phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông qua mạch kín.

– Nếu ϕ tăng thì ec <0: Chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều dòng điện trong mạch.

– Nếu ϕ giảm thì ec > 0: Chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của dòng điện trong mạch.

Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ

– Xét mạch kín (C) đặt trong từ trường không đổi, để tạo ra sự biến thiên của từ thông qua mạch (C), phải có một ngoại lực tác dụng vào (C) để thực hiện một dịch chuyển nào đó của (C) và ngoại lực này đã sinh một công cơ học. Công cơ học này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là tạo ra điện năng.

– Như vậy, bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

Bạn đang xem bài viết tại: https://bostonenglish.edu.vn/

 Ứng dụng của điện phân

Sự điện phân có nhiều ứng dụng trong công nghiệp

1. Điều chế các kim loại (xem bài điều chế các kim loại)

2. Điều chế một số phi kim như H2, O2, F2, Cl2

3. Điều chế một số hợp chất như NaOH, H2O2, nước Gia – ven

See also  Rút gọn mệnh đề quan hệ | Bostonenglish.edu.vn

4. Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…

5. Mạ điện

Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện, nhằm bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn và tạo vẻ đẹp cho vật mạ. Anot là kim loại dùng để mạ (như hình vẽ là vàng) còn catot là vật cần mạ (cái thìa). Lớp mạ thường rất mỏng, có độ dày từ 5.10-5 ÷ 1.10-3 cm.

Bạn đang xem bài viết tại: https://bostonenglish.edu.vn/

Các bước giải bài điện phân

+ Bước 1: Viết phương trình điện li của tất cả các chất điện phân; xác định các ion ở mỗi
điện cực.

+ Bước 2: Viết các phương trình hóa học của các bán phản ứng (viết phương trình cho,
nhận e của các ion tại các điện cực); tính số e trao đổi ở mỗi điện cực (Nếu giả thiết cho cường
độ dòng điện và thời gian điện phân): ne (cho ở anot) = ne (nhận ở catot) = ne trao đổi tại điện cực.

+ Bước 3: Biểu diễn các đại lượng theo các bán phản ứng hoặc theo phương trình điện
phân chung.

+ Bước 4: Tính theo yêu cầu của bài toán.

+ Trong nhiều trường hợp, có thể dùng định luật bảo toàn mol electron (số mol electron
thu được ở catot bằng số mol electron nhường ở anot) để giải cho nhanh.

Bài tập minh họa

Bài 1: Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 có điện trở là 2,5 Ω. Anốt của bình điện phân bằng 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.

Bài giải:

Đổi 16 phút 5 giây = 965 giây

Cường độ dòng điện chạy qua bình điện phân là: Công thức định luật Faraday hay nhất

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

Công thức định luật Faraday hay nhất

Đáp án: 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.

Bài giải:

Khối lượng đồng phải 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)

Áp dụng công thức định luật Faraday:

Công thức định luật Faraday hay nhất

Đáp án: 2683 giây

Bạn đang xem bài viết tại: https://bostonenglish.edu.vn/

Bài tập Suất điện động cảm ứng

* Bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11: Phát biểu các định nghĩa:

– Suất điện động cảm ứng.

– Tốc độ biến thiên của từ thông.

° Lời giải bài 1 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Suất điện động cảm ứng

– Là suất điện động gây ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

– Suất điện động cảm ứng trong mạch được xác định bằng biểu thức:

– Dấu (-) trong công thức là phù hợp với định luật Len-xơ, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua mạch (C) trong thời gian Δt.

◊ Tốc độ biến thiên của từ thông:  là tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch (C) trong thời gian Δt.

* Bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11: Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

° Lời giải bài 2 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:

– Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.

– Chế tạo máy biến thế.

See also  Đề thi thử THPT Quốc gia 2021 môn Toán trường THPT Chuyên Đại học Sư phạm Hà Nội - Đề thi thử tốt nghiệp THPT môn Toán năm 2021 | Bostonenglish.edu.vn

– Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,…

* Bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Khi một mặt kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều 1 lần trong

A.Một vòng quay.

B.2 vòng quay.

C.1/2 vòng quay.

D.1/4 vòng quay.

° Lời giải bài 3 trang 152 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: C. 1/2 vòng quay.

– Giả sử, ban đầu từ thông qua mạch bằng không.

– Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại (khi vuông góc với mặt phẳng của mạch) thì ec < 0: chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều của mạch.

– Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống 0 thì ec > 0: chiều của suất điện động cảm ứng là chiều của mạch.

⇒ Như vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.

* Bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một mạch kín hình vuông cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i=2A và điện trở của mạch r=5Ω.

° Lời giải bài 4 trang 152 SGK Vật Lý 11:

– Suất điện động cảm ứng trong mạch: |ec|=ir=10 (V).

– Độ biến thiên từ thông qua mạch kín:

– Kết luận: Tốc độ biến thiên của từ trường là 103 (T/s).

* Bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a=10cm, đặt cố định trong một từ trường đềucó vectơ cảm ứng từ vectơ B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian Δt=0,05s; cho độ lớn của vectơ B tăng từ 0 đến 0,5T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

° Lời giải bài 5 trang 152 SGK Vật Lý 11:

– Suất điện động cảm ứng trong khung:

– Kết luận: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là 0,1 (V).

* Bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 11: Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ B lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa (C) (hình 24.4). Cho (C) quay đều xung quanh trục Δ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C); tốc độ quay là ω không đổi. Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C).

° Lời giải bài 6 trang 152 SGK Vật Lý 11:

– Công thức từ thông: với α là góc hợp bởi véctơ pháp tuyến của khung và véctơ cảm ứng từ .

Cho (C) quay đều xung quanh trục ∆ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C) ; tốc độ quay là ω không đổi ⇒ α(t) = ωt.

⇒ Từ thông tại thời điểm t: Φ(t) = BScosωt

– Suất điện động cảm ứng:

⇒ Suất điện động cảm ứng cực đại là: .

 Bostonenglish.edu.vn cũng giúp giải đáp những vấn đề sau đây: 

  • Công thức Faraday hóa 12
  • Công thức Faraday lý 11
  • Định luật Faraday về cảm ứng điện từ
  • Định luật Faraday trong hóa học
  • Định luật Faraday thứ nhất
  • Định luật Faraday hóa 12
  • Theo định luật Faraday thứ hai đương lượng điện hóa tỉ lệ với
  • Định luật Faraday dung để xác định
See more articles in the category: Tiếng anh

Leave a Reply