Định luật Faraday - Công thức, ứng dụng, bài tập (2023)

Định luật Faraday được phổ biến cho học sinh trong chương trình vật lý lớp 11. Định luật này được khám phá ra bởi nhà vật lý khoa học người anh Michael Faraday năm 1831 và Joseph Henry độc lập nghiên cứu cùng một thời gian. Vậy để hiểu rõ hơn về định luật Faraday và ứng dụng của nó, hãy cùng tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây

Định luật Faraday là gì?

Anh em sẽ thấy đâu đó (như trên wikipedia về Faraday) thì đây là định luật cơ bản trong điện tử, nó cho biết từ trường tương tương tác với một mạch điện để có thể tạo ra sức biến động một hiện tượng gọi là cảm ứng điện từ.

Đây chính là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy biến áp, cuộn cảm, các loại động cơ điện, máy phát điện và nam châm điện.

Phát biểu định luật: Khối lượng chất lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỷ lệ với điện lượng đi qua dung dịch và tương đương với lượng của chất.

Lịch sử hình thành Faraday

Về lịch sử hình thành định luật Faraday dựa trên các thí nghiệm vào năm 1831. Ban đầu định luật được hiểu là: Một lực điện động được sinh ra bởi cảm ứng khi từ trường quanh vật dẫn điện thay đổi. Suất điện động cảm ứng tỷ lệ thuận với độ thay đổi của từ trường thông qua vòng mạch điện.

Công thức định luật Faraday

Công thức định luật Faraday:

m = A.I.t / n.F

Trong đó:

• m là khối lượng chất giải phóng ở điện cực (gam)
• A là khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực
• n là số electron mà nguyên tử hoặc ion đã 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 hay điện lượng cần thiết để một mol electron chuyển dời trong mạch ở catot hoặc anot.

→ Biểu thức liên hệ

Về biểu thức liên hệ:

Q = I.t = 96500 . ne => T.t/F

(ne là số mol electron trao đổi ở điện cực)

Ứng dụng điện phân của định luật Faraday

Điện phân của định luật Faraday có nhiều ứng dụng trong công nghiệp:

• Ứng dụng điều chế kim loại
• Chế tạo một số phi kim như H2, O2, F2, Cl2
• Điều chế một số hợp chất như NaOH, H2O2, nước Gia - ve

• Tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…
• Mạ điện

Điện phân với anot tan cũng được dùng trong mạ điện với mục đích là bảo vệ kim loại khỏi những sự ăn mòn và đồng thời cũng tạo được vẻ đẹp cho kim loại được mạ. Anot là kim loại dùng để mạ còn catot sẽ là vật cần mạ. Lớp mạ thông thường sẽ rất mỏng.

Bài tập ví dụ về điện phân

Bài 1: Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 có điện trở là Ω. Anot 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 catot sau 16 phút 5 giây. Khối lượng nguyên tử bạc là A = 108 và hoá trị n = 1

Lời giải:

Đổi 16 phút 5 giây = 965 giây

Cường độ dòng điện chạy qua bình điện là:

I = U/R = 10/2,5 = 4 (A)

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

M = 1/F . A/n.lt = 1/96500 . 108/1 .4 . 965 = 4,32 (g)

Đáp án bằng 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 0,010A. Tính thời gian cần thiết để bóc được lớp đồng. Cho biết đồng có khối lượng riêng D = 8900 kg/m3, khối lượng mol 64g/mol và hoá trị 2.

Lời giải:

Khối lượng đồng phải bóc đi là:

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

m = Alt/F.n => t = m.96500.n/A.l = 8,9 . 10-3 . 96500 .2/64. 10-2 = 2683 (s)

Đáp án bằng 2683 giây

Bài 3: Điện phân Al2O3 nóng chảy với dòng điện cường độ 9,65A trong thời gian 3000 giây. Khối lượng nhôm thu được là:

1. 2,16 g
2. 1,62 g
3. 2,7 g
4. 1,08 g

Đáp án: Theo định luật Faraday khối lượng nhôm thu được là:

m = Alt/96500n = 27.9,65.3000/96500.3 = 2,7g → đáp án C

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

Mời anh em xem thêm nhé:

• Định luật Hooke: Ứng dụng & cách tính công thức
• Lực hướng tâm: khái niệm & công thức tính chuẩn
• Lực ly tâm: định nghĩa & cách tính chuẩn

Trên đây là những thông tin về định luật Faraday, công thức định luật Faraday và ứng dụng điện phân của định luật Faraday, thêm vào đó là một số ví dụ để anh em có thể hình dung rõ hơn về công thức định luật Faraday được sử dụng như thế nào. Hy vọng anh em có thể hiểu rõ hơn về định luật Faraday và áp dụng được nó.