Thư Viện Công Thức Vật Lý

Hiện tượng điện phân

a/Định nghĩa hiện tượng điện phân:

Hiện tượng điện phân là hiện tượng xuất hiện các phản ứng phụ  ở các điện cực khi cho dòng điện một chiều qua bình điện phân.

b/Công thức Faraday về chất điện phân

$m=\frac{AIt}{Fn}$

Chú thích:

$m$: khối lượng của chất được giải phóng ra ở điện cực khi điện phân $\left(g\right)$

$F=96500 C/mol$: số Faraday

$A$: khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố $\left(kg\right)$

$n$: hóa trị của nguyên tố

$I$: cường độ dòng điện trong dung dịch điện phân $\left(A\right)$

$t$: thời gian điện phân $\left(s\right)$

c/Ứng dụng:

Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng trong thực tế sản xuất và đời sống như luyện kim, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện,...

1. Luyện nhôm

Bể điện phân có cực dương là quặng nhôm nóng chảy, cực âm bằng than, chất điện phân là muối nhôm nóng chảy, dòng điện vào khoảng 10000A.

2. Mạ điện

Bể điện phân có cực dương là một tấm kim loại để mạ, cực âm là vật cần mạ, chất điện phân thường là dung dịch muối kim loại để mạ. Dòng điện được chọn một cách thích hợp để đảm bảo chất lượng của lớp mạ.

Michael Faraday (1791 - 1867)

Phát biểu: Công suất ${\mathcal{P}}_{ng}$ của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch.

Chú thích:

${\mathcal{P}}_{ng}$: công suất của nguồn điện $\left(W\right)$

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch.

Chú thích: 

$A_{ng}$: công của nguồn điện $\left(J\right)$

$\mathcal{E}$: suất điện động của nguồn điện $\left(V\right)$

$q$: điện lượng $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian (s)

Phát biểu: Công suất tỏa nhiệt $\mathcal{P}$ ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất tỏa nhiệt $\left(W\right)$

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$R$: điện trở của vật dẫn $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Phát biểu: Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

Chú thích:

$Q$: nhiệt lượng tỏa ra ở đoạn mạch $\left(J\right)$

$R$: điện trở của đoạn mạch $\left(\Omega \right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Trong đó điện trở $R$ được tính bằng công thức: $R=\rho \frac{l}{S}$.

$R$: điện trở $\left(\Omega \right)$

$\rho$: điện trở suất $\left(\Omega m\right)$

$l$: chiều dài vật dẫn $\left(m\right)$

$S$: tiết diện ngang của vật dẫn $\left(m^2\right)$

Heinrich Lenz (1804 - 1865)

James Prescott Joule (1818 - 1889)

Phát biểu: Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

Chú thích:

$\mathcal{P}$: công suất điện của đoạn mạch $\left(W\right)$

$A$: điện năng tiêu thụ $\left(J\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

$U$: hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch $\left(V\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

Dụng cụ dùng để đo công suất thường dùng là Watt kế.

Phát biểu: Lượng điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

Chú thích: 

$A$: điện năng tiêu thụ của đoạn mạch ($J)$

$U$: hiệu điện thế $\left(V\right)$

$q$: độ lớn của điện tích $\left(C\right)$

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Vận dụng: Điện năng tiêu thụ thông thường được đo bằng đồng hồ điện, hay còn gọi là công tơ điện.

Đơn vị đo: 1 $kWh$ = 3600000 $Ws$ = 3600000 $J$ 

Khái niệm: Dòng điện không đổi (dòng điện một chiều) là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian. 

Viết tắt: 1C hay DC.

Chú thích:

$I$: cường độ dòng điện $\left(A\right)$

$q$: điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn $\left(C\right)$

$t$: thời gian $\left(s\right)$

Ứng dụng:

Khi cúp điện chúng ta thường dùng đèn pin dạng sạc hoặc đèn pin sử dụng pin tiểu để chiếu sáng. Đây cũng chính là nguồn sử dụng pin 1 chiều phổ biến nhất.

Điện thoại di động chúng ta thường dùng hàng ngày cũng chính là một thiết bị dùng điện một chiều bởi vì nó được cắm sạc trực tiếp từ nguồn điện xoay chiều. Đầu cắm sạc chính là đầu chuyển nguồn AC (xoay chiều) thành DC (một chiều) trước khi vào điện thoại.

Một ứng dụng đang được sử dụng rộng rãi và càng ngày càng nhân rộng chính là tấm Pin thu năng lượng mặt trời để biến thành điện năng sử dụng. Quá trình nãy cũng cần phải có thiết bị biến tần để biến điện năng một chiều thành điện xoay chiều 220VAC để sử dụng.

Ngoài ra acquy và pin cũng là những nguồn điện cho ra dòng điện một chiều.

Định nghĩa:

Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian.

Chú thích:

$A$: công cơ học $\left(J\right)$.

$t$: thời gian thực hiện công đó $\left(s\right)$.

$\mathcal{P}$: công suất $\left(W\right)$.

Chú thích:

$F$: lực tác dụng lên vật $\left(N\right)$.

$∆p$: độ biến thiên động lượng $(kg.m/s)$.

$∆t$: độ biến thiên thời gian $\left(s\right)$.

$\Rightarrow \frac{∆p}{∆t}$: tốc độ biến thiên động lượng.

Cách phát biểu khác của định luật II Newton:

Nếu động lượng của một vật thay đổi, tức là nếu vật có gia tốc, thì phải có lực tổng hợp tác dụng lên nó. Thông thường khối lượng của vật không đổi và do đó tỉ lệ với gia tốc của vật. Đơn giản hơn, ta có thể nói: xung lượng của lực bằng độ biến thiên động lượng của vật.  

Chứng minh công thức:

$\overrightarrow{F}=\frac{∆\overrightarrow{p}}{∆t}=\frac{\overrightarrow{p_2}-\overrightarrow{p_1}}{∆t}=\frac{m.\overrightarrow{v_2}-m.\overrightarrow{v_1}}{∆t}=\frac{m(\overrightarrow{v_2}-\overrightarrow{v_1})}{∆t}=m.\overrightarrow{a}$