Aniks-lift.ru

Подъемное оборудование
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Майкл Фарадей: биография, творчество, карьера, личная жизнь

Биография Майкла Фарадея началась в 1791 году в английской деревушке Саутуарк. Будущий ученый появился на свет в семье кузнеца 22 сентября. Чтобы помочь родителям растить брата и двух сестер, мальчик с тринадцати лет начал работать, оставив школу. Рассыльный в книжной лавке продолжал получать образование при помощи чтения книг.

Юноша ставил эксперименты. Он сам соорудил «Лейденскую банку». Девятнадцатилетний парень в 1810 вошел в научный клуб, где слушал интересующие его лекции. Талантливый юноша получил право на посещение занятий открывателя электрохимии Гемфри Дэви.

Молодой человек застенографировал прослушанное, переплел и отправил свой труд профессору в надежде на работу. Ожидания оправдались. Майкл с 22 лет начала трудиться лаборантом. Он продолжал посещать лекции, нередко принимал участие в их подготовке.

С согласия Дэви Фарадей проводил собственные химические опыты. Трудолюбие и удивительная добросовестность сделали помощника незаменимым человеком для профессора. В 1813 Дэви перевел Майкла на должность своего секретаря. Спустя пару лет Фарадею была предложена почетная должность ассистента профессора. Одновременно продолжились опыты.

Майкл Фарадей: биография, творчество, карьера, личная жизнь

Всего ученым поставлено 30000 экспериментов. Описание каждого было занесено в дневник. Все эти записи были полностью изданы в 1931.

Древнее время

Термин «электричество» происходит от древнегреческого слова «электрон», что в переводе означает «янтарь». Первое упоминание об этом явлении связано с античными временами. Древнегреческий математик и философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружил, что если произвести трение янтаря о шерсть, то у камня появляется способность притягивать мелкие предметы.

Фактически это был опыт изучения возможности производства электроэнергии. В современном мире такой метод известен, как трибоэлектрический эффект, который дает возможность извлекать искры и притягивать предметы с легким весом. Несмотря на низкую эффективность такого метода, можно говорить о Фалесе, как о первооткрывателе электричества.

В древнее время было сделано еще несколько робких шагов на пути к открытию электричества:

  • древнегреческий философ Аристотель в IV веке до н. э. изучал разновидности угрей, способных атаковать противника разрядом тока;
  • древнеримский писатель Плиний в 70 году нашей эры исследовал электрические свойства смолы.

Все эти эксперименты вряд ли помогут нам разобраться в том, кто открыл электричество. Эти единичные опыты не получили развития. Следующие события в истории электричества состоялись много веков спустя.

Модернизация диска Фарадея: Создание эффективных униполярных генераторов

Author Image

Униполярный генератор, динамо машина, диск Фарадея: не важно, как вы его называете, в любом случае, униполярный генератор — это интересное устройство. В отличии от большинства других устройств того же назначения, униполярные генераторы способны вырабатывать большой ток при низком напряжении и выделять большое количество электроэнергии. Из-за таких характеристик, учёные работали над улучшением этого устройства с момента его изобретения. Вы также можете провести анализ рабочих характеристик униполярного генератора с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics®.

Читайте так же:
Гибкая насадка для дрели

Краткая история униполярных генераторов

Спустя 10 лет после прорыва в области электродвигателей в 1831 году Майкл Фарадей создал свой первый генератор. Первая установка (которую позже назвали униполярным генератором) была очень простой. Она состояла из медного диска, который вращался между полюсами постоянного магнита. Несмотря на то, что генератор Фарадея успешно демонстрировал принцип действия электромагнитной индукции, на практике он был слишком неэффективен из-за больших потерь и возникновения противотоков.

Схема диска Фарадея

Схематичное изображение одного из первых униполярных генераторов, также известного, как диск Фарадея. Изображение имеется в свободном доступе в США, взято из Wikimedia Commons.

На протяжении многих лет учёные пытались улучшить производительность униполярных генераторов. Одним из самых известных примеров является разработанная Николой Теслой конструкция, в которой металлический ремень разделял параллельные диски на параллельных валах. Такая конструкция помогла уменьшить потери на трение, что значительно повысило эффективность устройства.

В 1950-е годы было обнаружено, что униполярные генераторы отлично очень полезны для импульсных силовых установок, так как они могут запасать энергию в течении длительного периода и практически мгновенно выделять её. Данное открытие возобновило интерес к генераторам, а учёные начали создавать масштабные конструкции генераторов. Один из них был создан сэром Майклом Олифантом в австралийском Национальном университете. Этот огромный генератор использовался на протяжении 20 лет и мог выдавать ток до 2 МА.

Фото огромного униполярного генератора, созданного сэром Олифантом.

Некоторые элементы созданного сэром Олифантом униполярного генератора, который был разобран и выставлен на всеобщее обозрение. Изображение предоставлено Martyman, взято из англоязычной Википедии. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 из Wikimedia Commons.

Не смотря на то, что униполярные генераторы прошли долгий путь и назывались различными именами изобретателей, учёные и инженеры до сих пор продолжают работать над улучшением производительности этих устройств. Одним из подходов к такой модернизации, конечно, является численное электродинамическое моделирование…

Моделирование простого униполярного генератора с использованием модуля AC/DC пакета COMSOL Multiphysics®

Давайте рассмотрим учебный пример, в котором представлена простая 3D модель униполярного генератора. Он состоит из вращающегося диска радиусом 10 см, который помещён в однородное магнитное поле величиной 1 Тл. Медный проводник соединяет край диска с его центром, чтобы создать замкнутую цепь для протекания тока, вызванного вращением проводника в постоянном магнитном поле (Lorentz current).

Схема модели генератора с подписанными основными элементами и указанным направлением протекания тока.

Геометрия модели униполярного генератора.

Обратите внимание, что угловая скорость диска — 1200 об/мин, а протекающий через проводник ток равен примерно 45.16 кА. Для моделирования вращающегося диска можно использовать узел Lorentz term (вклад силы Лоренца) по двум причинам:

  1. В диске нет магнитных источников, которые вращаются вместе с ним
  2. Диск ничем не ограничен и направление его движения не изменяется
Читайте так же:
Маленький станок с чпу по дереву

В данном случае распределение тока не изменяется при вращении диска.

Анализ результатов электродинамического расчета

После проведения стационарного расчёта можно проанализировать распределение тока в диске и проводнике. Анализируя полученные результаты для нормы плотности тока и его направления, вы можете найти способы улучшения конструкции униполярного генератора.

Результаты электромагнитного расчета униполярного генератора: норма плотности тока в устройстве.

Результаты электромагнитного расчета униполярного генератора: график направления протекания тока в проводнике и диске.

Норма плотности тока (слева) и направление тока (справа) в медном проводнике и в диске.

Более того, можно изучить влияние магнитного поля, например, на вращение. Ниже приведён график распределения общей и индуцированной магнитной индукции в системе.

Визуализация магнитного поля вокруг униполярного генератора.

Из векторной диаграммы можно заметить, что униполярный генератор влияет на магнитное поле вокруг (возмущает его). Скорость колеса изображена бирюзовыми стрелками на поверхности.

Резистивные потери играют ключевую роль в эффективности таких генераторов, поэтому важно их минимизировать. На графике ниже продемонстрированы расчетные потери в проводящих частях генератора, которые легко получить в результате моделирования.

Расчетные значения резистивных потерь в диске и проводнике униполярного генератора.

Резистивные потери в диске и в проводнике.

Используя электродинамическое моделирование, инженеры могут модернизировать конструкции униполярных генераторов, улучшать их производительность путём уменьшения потерь на трение или изменения распределения магнитного поля.

Дальнейшие шаги

Чтобы скачать учебный пример, представленный в этой заметке, нажмите на кнопку ниже. Вы окажетесь в Галерее приложений, где сможете войти в свою учетную запись COMSOL Access и загрузить MPH-файл, а также ознакомиться с пошаговыми инструкциями по сборке модели.

Что такое электролиз?

электролиз

А поскольку постоянная Фарадея так тесно связана с электролизДавайте посмотрим, что это за другой термин, который часто используется в отрасли. Благодаря этому процессу элементы соединения можно разделить с помощью электричества. Это достигается за счет высвобождения электронов анодными анионами (окисление) и захвата электронов катодными катионами (восстановление).

Он был случайно обнаружен Уильямом Николсоном в 1800 году, изучая работу химических батарей. В 1834 г. Майкл Фарадей разработал и опубликовал законы электролиза.

Например, электролиз вода H2O, позволяет создавать кислород и водород. Если через электроды пропустить постоянный ток, который отделит кислород от водорода и сможет изолировать оба газа (они не могут вступить в контакт, поскольку вызывают очень опасную взрывную реакцию).

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Полный путь к статье: Бесплатное оборудование » Образование » Постоянная Фарадея: все, что нужно знать об электрическом заряде

Магнитное взаимодействие тел

Магнитное взаимодействие играет существенную роль во всех физико-химич. процессах в веществе. Земля, другие планеты,Солнце и звёзды также являются магнитами. Магнитные поля в межзвёздных и межпланетных пространствах оказывают влияние на движение частиц, образующих космические лучи (магнетизм). Широкий диапазон явлений магнетизм, простирающийся от внутриатомного и внутриядерного магнетизм до магнетизм космических пространств, обусловливает большую роль магнетизм в науке и в практике. Магнитные свойства ряда веществ широко используются в современной технике. Современное учение о магнетизм разделяется на три части: магнетизм атомных частиц, магнетизм взаимодействующих коллективов атомов и молекул (магнетизм веществ) и земной магнетизм (смагнетизм).

Читайте так же:
Домашний пивоваренный аппарат полного цикла

Коллоидные растворы могут быть получены различными методами.

Некоторые вещества, обладающие сложным составом и большими молекулами, как, например, белок, желатина, гуммиарабик, образуют коллоидные растворы уже при длительном соприкосновении с водой.

Другие можно превратить в коллоидное состояние путем растирания с жидкостью. Грубые частицы можно также измельчать до коллоидных размеров в так называемых коллоидных мельницах.

Эти мельницы широко применяются на практике при изготовлении различных красок, наполнителей для бумаги и резины, в фармацевтической промышленности, в пищевой промышленности и т. д.

Раздробление веществ на коллоидных мельницах может быть доведено до частиц с диаметром, равным всего только 0,01

Указанные методы основаны на превращении крупных частиц в более мелкие и потому получили название дисперсионных методов.

Но можно идти и противоположным путем, создавая условия, при которых простые молекулы соединяются в более крупные агрегаты, не переходящие, однако, известного предела.

Конденсационные методы получения коллоидных растворов

В основе их лежат химические реакции, протекающие в водных растворах.

Соответственно регулируя условия реакций, во многих случаях, можно добиться, чтобы образующееся при реакции нерастворимое вещество выделялось в виде коллоидных частиц того или иного размера, и таким образом получить коллоидный раствор.

Так, например, описанный выше коллоидный раствор золота легко получить восстановлением хлорного золота формалином.

Способы получения коллоидный растворов

Коллоидные растворы

Нальем в пробирку дистиллированной воды и прибавим к ней несколько капель 1%-ного раствора АuСl3.

Нагрев раствор до кипения, вольем в него 2—3 мл очень слабого раствора формалина.

Жидкость приобретает красивый пурпурный цвет вследствие выделения коллоидных частиц золота:

Конечно, золото выделяется в этом случае сначала в виде отдельных атомов, которые, однако, сейчас же связываются в более крупные агрегаты.

Примеры образования коллоидных растворов

Приведем еще примеры образования коллоидных растворов при химических реакциях.

1. Нагреем в стакане до кипения некоторое количество де-стиллированной воды и будем прибавлять к ней по каплям раствор хлорного железа FeCl3.

Вследствие гидролиза большая часть хлорного железа превращается в гидрат окиси железа:

Одновременно получается некоторое количество основной соли FeOCl.

Хотя гидрат окиси железа нерастворим в воде, но при этих условиях он не выпадает в осадок, а остается в растворе в виде мельчайших частиц.

Получается прозрачный золь Fe(OH)3, имеющий окраску крепкого чая.

Читайте так же:
Как сделать игрушечный меч

2. В раствор мышьяковистой кислоты будем пропускать некоторое время сероводород:

Получается прозрачный золотисто-желтый золь сульфида мышьяка.

3. К конденсационным методам должен быть отнесен и метод получения металлов при помощи электрической дуги.

Изучение этого явления показало, что при проскакивании искры металл непосредственно превращается в пар, состоящий из отдельных атомов; образование же коллоидных частиц металла происходит уже в результате конденсации пара.

Дисперсные системы

Дисперсные системы – гетерогенные системы, в которых одно вещество (дисперсная фаза) равномерно распределено в другом (дисперсионная среда).

Свойства вещества в раздробленном (дисперсном) состоянии значительно отличаются от свойств того же вещества, находящегося в виде твердого тела или некоторого объема жидкости.

Существует несколько различных классификаций дисперсных частиц: по размеру частиц, по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды,.

По характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы с молекулами дисперсионной среды, по термодинамической и кинетической устойчивости.

Как устроена мицелла

Как устроена мицелла структура мицеллы As2S3

Коллоидная частица представляет собой ядро из малорастворимого вещества коллоидной дисперсности, на поверхности которого адсорбируются ионы электролита раствора.

Ионы электролита обеспечивают устойчивость золя, поэтому данный электролит называют ионным стабилизатором. Значит, коллоидная частица представляет собой комплекс, состоящий из ядра, вместе с адсорбционным слоем противоионов.

Рис. 2. Структура мицеллы As2S3

Агрегат частицы или ядро представляет собой вещество кристаллического строения, состоящий из сотен или тысячи атомов, ионов или молекул, окружённый ионами. Ядро вместе с адсорбированными ионами называется гранулой.

Так гранула имеет определённый заряд. Вокруг неё собираются противоположно заряженные ионы, придающие ей в целом электронейтральность. Вся система, состоящая из гранулы и окружающих её ионов называется мицеллой и является электронейтральной.

Свойства коллоидных систем

Это свойство рассеивание света (опалесценция) (указывает на неоднородность, многофазность системы).

Опалесценция становится особенно заметной, если, как это делал Тиндаль (через коллоидный раствор пропускать пучок сходящихся лучей, поставив между источником света и кюветой с раствором линзу.

При этом растворы, прозрачные в проходящем свете, в боковом освещении проявляют все свойства мутных сред. В коллоидной жидкости, наблюдаемой сбоку, образуется яркий светящийся конус (конус Тиндаля).

Как разрушить коллоидные растворы

Процесс укрупнения коллоидных частиц, приводящий к уменьшению степени дисперсности диспергированного вещества, называется коагуляцией.

Примером может служить реакция восстановления золота из его раствора, сначала образуется коллоидный раствор золота, а затем раствор укрупняется и выпадает в осадок.

Коагуляция, или слипание частиц, приводит к осаждению (седиментации) крупных агрегатов в виде осадка.

Что вызывает коагуляцию

Снижение устойчивости коллоидных систем вызывают введением электролитов, которые изменяют структуру диффузного слоя ионов.

Причем коагулирующим действием в электролите обладают только те ионы, (коагуляторы), которые несут заряд, по закону одноименной с зарядом противоиона коллоидной частицы.

Читайте так же:
Кондуктор для сверления отверстий своими руками чертежи

Коагулирующее действие иона коагулятора тем больше, чем больше его заряд.

Коагуляция – самопроизвольный процесс, возникающий из-за стремления системы перейти в состояние с более низкой поверхностной энергией и более низким значением изобарного потенциала.

Процесс седиментации скоагулированного вещества также протекает самопроизвольно. Коагуляция может быть обусловлена различными причинами, наиболее эффективно действие электролитов.

Минимальная концентрация электролита в растворе, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции. Коагуляция также возникает при смещении двух золей с различными знаками зарядов частиц. Это явление называется взаимной коагуляцией.

Кто открыл коллоидные растворы

Обычно считают, что основателем коллоидной химии является английский ученый Томас Грэм(1805-1869), который в 50-60-е годы позапрошлого столетия ввел в обращение основные коллоидно-химические понятия.

Однако не следует забывать, что у него имелись предшественники, и прежде всего – Яков Берцелиус, итальянский химик Франческо Сельми. В 30-е годы XIX века Берцелиус описал ряд осадков, проходящих при промывании через фильтр (кремниевая и ванадиевая кислоты, хлористое серебро, берлинская лазурь и др.).

Эти проходящие через фильтр осадки Берцелиус назвал «растворами», но в то же время он указал на их близкое сродство с эмульсиями и суспензиями, со свойствами которых он был хорошо знаком.

Франческо Сельми в 50-е годы XIX века продолжил работы в этом направлении, ища физико-химические различия между системами, образованными осадками, проходящими через фильтр (он назвал их «псевдорастворами») и обычными истинными растворами.

Майкл Фарадей

Английский ученый Майкл Фарадей в 1857 г. синтезировал коллоидные растворы золота – взвесь Au в воде размерами частиц от 1 до 10 нм. и разработал методы их стабилизации.

Эти «псевдорастворы» рассеивают свет, растворенные в них вещества выпадают в осадок при добавлении небольших количеств солей, переход вещества в раствор и осаждение из него не сопровождаются изменением температуры и объема системы, что обычно наблюдается при растворении кристаллических веществ.

Томас Грэм

Томас Грэм развил эти представления о различии между «псевдорастворами» и истинными растворами и ввел понятие «коллоид».

Грэм обнаружил, что вещества, способные к образованию студнеобразных аморфных осадков, такие как гидроокись алюминия, альбумин, желатина, диффундируют в воде с малой скоростью по сравнению с кристаллическими веществами (NaCl, сахароза).

В то же время кристаллические вещества легко проходят в растворе через пергаментные оболочки («диализируют»), а студнеобразные вещества не проходят через эти оболочки.

Принимая клей за типичный представитель студнеобразных не диффундирующих и не диализирующих веществ, Грэм дал им общее название «коллоид», т.е. клееобразный (от греческого слова колла – клей).

Кристаллические вещества и вещества, хороши диффундирующие и диализирующие он назвал «кристаллоидами».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector