Định luật Faraday được phổ biến rộng rãi trong học sinh trong chương trình vật lý lớp 11. Định luật này được nhà vật lý người Anh Michael Faraday phát hiện vào năm 1831 và được Joseph Henry nghiên cứu độc lập cùng thời điểm. Vậy để hiểu rõ hơn về định luật Faraday và những ứng dụng của nó hãy cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây
Định luật Faraday là gì?
Đây là một định luật cơ bản của điện tử, nó phát biểu rằng từ trường tương tác với một mạch điện để tạo ra dao động, hiện tượng gọi là cảm ứng, phản ứng điện từ…
Đó là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp, cuộn cảm, động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện.
Phát biểu định luật: Khối lượng và tính chất của chất giải phóng ở mỗi điện cực tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện đi qua dung dịch và bằng lượng chất đó.
Lịch sử hình thành Faraday
Về lịch sử hình thành định luật Faraday dựa trên các thí nghiệm từ năm 1831. Ban đầu, định luật được hiểu như sau: Một suất điện động được tạo ra bởi cảm ứng khi từ trường xung quanh một dây dẫn thay đổi. suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với độ biến thiên của từ trường đi qua mạch.
Công thức định luật Faraday
Công thức định luật Faraday:
m = AIt / nF
Trong đó:
- m là khối lượng chất thoát ra ở điện cực (gam)
- A là khối lượng nguyên tử của chất thu được ở điện cực
- n là số electron mà nguyên tử hoặc ion đó cho hoặc nhận
- I là cường độ dòng điện (A)
- t là thời gian điện phân (s)
- F là hằng số Faraday, là diện tích của một electron hoặc điện tích cần thiết để một mol electron di chuyển trong mạch điện ở cực âm hoặc cực dương.
Biểu thức liên hệ
Về biểu thức liên hệ:
Q = Nó = 96.500. ne => Tt/F
(ne là số mol electron trao đổi ở điện cực)
Ứng dụng điện phân của định luật Faraday
Điện phân theo định luật Faraday có nhiều ứng dụng trong công nghiệp:
- Ứng dụng gia công kim loại
- Sản xuất một số phi kim loại như H2, O2, F2, Cl2
- Điều chế một số hợp chất như NaOH, H2O2, nước Gia – Vệ
- Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…
- mạ điện
Điện phân với cực dương hòa tan còn được ứng dụng trong mạ điện với mục đích bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn đồng thời tạo vẻ đẹp cho kim loại mạ. Cực dương là kim loại dùng để mạ và cực âm là vật được mạ. Lớp veneer thông thường sẽ rất mỏng.
Bài tập ví dụ về điện phân
Bài 1: Một bình điện phân chứa dung dịch AgNO3 có điện trở Ω. Cực dương của bình điện phân được làm bằng bạc Ag và hiệu điện thế đặt vào hai điện cực của bình điện phân là 10V. Tính khối lượng m của bạc gắn vào catôt sau 16 phút 5 giây. Khối lượng của nguyên tử bạc là A = 108 và hóa trị n = 1
Câu trả lời:
Quy đổi 16 phút 5 giây = 965 giây
Cường độ dòng điện chạy trong pin là:
I = U/R = 10/2,5 = 4 (A)
Khối lượng bạc gắn vào catôt sau 16 phút 5 giây là:
M = 1/F. A/n.lt = 1/96500 . 108/1.4. 965 = 4,32 (g)
Đáp án là 4,32 g
Bài 2: Người ta muốn bóc lớp đồng dày 10µm ra khỏi tấm đồng có diện tích S = 1cm2 bằng phương pháp điện phân. Dòng điện là 0,010A. Tính thời gian cần thiết để bóc lớp đồng đó. Chúng ta biết rằng đồng có mật độ D = 8900 kg/m3, khối lượng mol 64 g/mol và hóa trị 2.
Câu trả lời:
Khối lượng đồng bị loại bỏ là:
m = D .V = DSd = 8900 . Đầu tiên . 10-4.10.10-6 = 8.9. 10-6 (kg) = 8,9. 10-3 (g)
Áp dụng công thức định luật Faraday
m = Alt/Fn => t = m.96500.n/Al = 8,9. 10-3. 96500.2/64. 10-2 = 2683 (giây)
Đáp án là 2683 giây
Bài 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy với dòng điện 9,65A trong 3000 giây. Khối lượng nhôm thu được là:
- 2,16g
- 1,62g
- 2,7g
- 1,08g
Trả lời: Theo định luật Faraday thì khối lượng nhôm thu được là:
m = Alt/96500n = 27.9.65.3000/96500.3 = 2.7g → đáp án C
Trên đây là những thông tin về Định luật Faraday, Công thức định luật Faraday và Ứng dụng điện phân của Định luật Faraday, kèm theo một số ví dụ để các bạn hình dung rõ hơn về Công thức định luật Faraday. Hy vọng bạn có thể hiểu rõ hơn về định luật Faraday và áp dụng nó.
