by Ο Μάικλ Φαραντέι (επέτειος γέννησης σήμερα 22/9/1791) ήταν Βρετανός Φυσικός και Χημικός. Ασχολήθηκε με την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ενώ στη Χημεία, μελέτησε το βενζόλιο.
Ας δούμε μια ΦυσικοΧημική απόπειρα σχετικής άσκησης.
(Ηλεκτρομαγνητική κινητική ή κινητικη επαγωγή;)
Άσκηση 1
Κλειστό συρμάτινο κυκλικό πλαίσιο (*) βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Κάποια στιγμή το μαγνητικό πεδίο αρχίζει να αυξάνεται με σταθερό ρυθμό και από την τιμή Β1=0,2 Τ γίνεται Β2=0,4 Τ σε χρόνο Δt=x s. Το πλαίσιο αποτελείται από Ν=50 σπείρες. Το εμβαδόν κάθε σπείρας είναι Α=5∙10-2 m2. Η αντίσταση του πλαισίου είναι R=10 Ω. Το μέτρο της ηλεκτρεγερτικής δύναμης που επάγεται στο πλαίσιο είναι ίσο με 1 V.
Ταυτόχρονα ποσότητα από βενζόλιο (C6H6) συμμετέχει στην ακόλουθη αντίδραση:
C6H6 + 3H2 ⇒ C6H12
Η αέρια ομογενής αντίδραση γίνεται καταλυτικά σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία σε κλειστό δοχείο V=2 L, ενώ παράλληλα ισχύει ότι uαντίδρασης=0,6 Μ/min. Στο ίδιο χρονικό διάστημα με πριν (Δt=x s) όλη η ποσότητα του βενζολίου αντέδρασε πλήρως.
Δίνονται:
Ar: C=12, H=1
α) Να υπολογιστεί το χρονικό διάστημα Δt=x s.
β) Να υπολογιστεί η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πλαίσιο κατά τη διάρκεια του φαινομένου.
γ) Να υπολογιστεί το ηλεκτρικό φορτίο που διέρχεται από μια τομή του σύρματος κατά τη διάρκεια του φαινομένου.
δ) Πόσα g βενζολίου εισάγαμε αρχικά στο δοχείο αυτό;
ε) Να σχεδιάσετε την γραφική παράσταση c(t) για το βενζόλιο για το χρονικό διάστημα που διαρκεί η αντίδραση.
στ) Να σχεδιάσετε την γραφική παράσταση c(t) για το βενζόλιο & ΗΕΔ σε κοινό διάγραμμα, για το χρονικό διάστημα που διαρκεί η αντίδραση.
Καλή επιτυχία !
(*) Η εκφώνηση της άσκησης είναι πρακτικά ίδια με το παράδειγμα 5.1 του σχολικού βιβλίου.
Ο Μάικλ Φαραντέι άσκησε τεράστια επιρροή σε πολλούς επιστήμονες του 19ου και 20ού αιώνα. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε μια φωτογραφία του Φαραντέι στο γραφείο του, δείχνοντας τον σεβασμό του για τη βαθιά πειραματική προσέγγιση του Φαραντέι και τη σημασία της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής για τη φυσική. Το έργο του επίσης επηρέασε επιστήμονες όπως ο Τζέιμς Κλαρκ Μάξγουελ, που βασίστηκε στις ανακαλύψεις του Φαραντέι για να διατυπώσει τα ηλεκτρομαγνητικά θεωρητικά του μοντέλα, αλλά και χημικούς που μελέτησαν τον βενζόλιο και την οργανική χημεία. Η ικανότητά του να συνδέει πειράματα με θεωρία έγινε παράδειγμα για γενιές φυσικών και χημικών.
Το έργο του επηρέασε βαθιά την επιστήμη και την τεχνολογία.
Κύριε Παναγιώτη που μπορούμε να βρούμε τις απαντήσεις;
Καλημέρα αγαπητέ Σταύρε Διονύσιε (θα ήθελα να μιλάμε στον ενικό αν συμφωνείς), σ’ ευχαριστώ για τον χρόνο σου.
Aπαντησεις:
Δt = 0.5 s
I = 0.1 A
Q = 0.05 C
c₀(βενζολίου) = 0.005 mol·L⁻¹
n = 0.01 mol
m = 0.78 g
γραφική παράσταση
απαντησεις απο chatgpt
Δεδομένα : N = 50 σπείρες, A = 5·10^-2 m^2, B1 = 0,2 T, B2 = 0,4 T, R = 10 Ω, |ε| = 1 V. Όγκος V = 2 L, ρυθμός αντίδρασης u = 0,6 M/min. Μάζα μορίου βενζολίου M = 78 g/mol.
α) Χρονικό διάστημα Δt = x s
Η επαγόμενη ΗΕΔ έχει μέτρο ε = N·A·ΔB / Δt, επομένως Δt = N·A·ΔB / ε. Η μεταβολή πεδίου ΔB = 0,4 – 0,2 = 0,2 T.
Υπολογισμός: Δt = 50 · 0,05 · 0,2 / 1 = 0,5 s.
Απάντηση: Δt = 0,5 s (δηλαδή 0,008333… min).
β) Ένταση ρεύματος I
Με τον νόμο του Ohm: I = ε / R = 1 / 10 = 0,1 A.
Απάντηση: I = 0,10 A.
γ) Ηλεκτρικό φορτίο Q που περνάει από μια τομή
Q = I · Δt = 0,1 A · 0,5 s = 0,05 C.
Απάντηση: Q = 0,05 C.
δ) Πόσα γραμμάρια βενζολίου εισάγαμε αρχικά;
Ο ρυθμός αντίδρασης δίνει μείωση συγκέντρωσης του βενζολίου 0,6 mol·L^-1·min^-1. Το χρονικό διάστημα σε λεπτά είναι 0,5 s = 0,008333… min.
Άρα η καταναλωθείσα (και άρα αρχική) συγκέντρωση c0 = 0,6 · 0,008333… = 0,0050 mol·L^-1.
Ποσότητα σε mol: n = c0 · V = 0,0050 mol/L · 2 L = 0,01 mol.
Μάζα: m = n · M = 0,01 · 78 = 0,78 g.
Απάντηση: 0,78 g βενζόλιο (c0 = 0,0050 M, n = 0,01 mol).
ε) Γραφική παράσταση c(t) για το βενζόλιο (περιγραφή σε κείμενο)
Η συγκέντρωση μειώνεται γραμμικά από c(0) = 0,0050 mol/L στο c(Δt) = 0,0 mol/L σε χρόνο 0,5 s. Δηλαδή c(t) = 0,0050 · (1 – t/0,5) για 0 ≤ t ≤ 0,5 s. (Σημείωση: αυτή είναι γραμμική πτώση.)
στ) Γραφική παράσταση c(t) και ΗΕΔ σε κοινό διάγραμμα (περιγραφή σε κείμενο)
Η ΗΕΔ έχει σταθερή τιμή 1 V για όλο το διάστημα 0 ≤ t ≤ 0,5 s (επειδή dB/dt είναι σταθερό). Στο ίδιο διάγραμμα ορισμένα χαρακτηριστικά: ο αριστερός άξονας δείχνει c(t) που πέφτει γραμμικά από 0,0050 mol/L στο 0, ο δεξιός άξονας δείχνει την ΗΕΔ = 1 V, οριζόντια γραμμή.
Συνοπτική αριθμητική λίστα
* Δt = 0,5 s
* I = 0,10 A
* Q = 0,05 C
* c0(βενζόλιο) = 0,0050 mol/L
* n = 0,01 mol
* m = 0,78 g
Πολύ επίκαιρος στο “σαν σήμερα” Παναγιώτη, τιμώντας έναν πολύ μεγάλο πειραματιστή, πράγματι φυσικοχημικό…
Την ημέρα της φθινοπωρινής ισημερίας!
Να πω και καλό Χειμώνα;
Καλημερα Διονύση και σ΄ ευχαριστω για το σχολιο σου (νομιζα θα με μαλωσεις για την ΑΙ απαντηση), παραμενουμε φανατικοι οπαδοι του καλοκαιριου κι ευχομαστε καλή ισημερία με άφθονο ήλιο! Ο Faraday σημερα λες να ήταν σε κάποιο ΕΚΦΕ; Φοβερος και τρομερος οντως πειραματιστης με σχετικα λιγες θεωρητικες γνωσεις, που τον κανουν ακομα πιο εντυπωσιακο!
Καλημέρα συνάδελφοι.
Κάπου είχα διαβάσει ότι ο Φαραντέι έκανε πειραματικές επιδείξεις τις οποίες μπορούσε να παρακολουθήσει ο κόσμος για διασκέδαση, κατά κάποιον τρόπο. Δηλαδή, όπως λέμε σήμερα θα πάμε σινεμά ή σε αυτή τη μουσική εκδήλωση, τότε έλεγαν θα πάμε να δούμε πειραματική επίδειξη του Φαραντέι.
Καλημέρα Γρηγόρη (νομιζω τα ακολουθα τα ειχε πρωτο-αναφερει ο αγαπητος Γιωργος Φασουλοπουλος): Δημόσιες Επιδείξεις του Faraday:1. Christmas Lectures στο Royal Institution:
2. Δημόσιες Επιδείξεις Πειραμάτων:
Ο Φαραντέυ προσέφερε πολλά στην επιστήμη. Προσέφερε όμως και ένα πολύτιμο εργαλείο κατανόησης της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας, στην εκπαιδευτική διαδικασία, τις δυναμικές γραμμές.
Καλησπέρα… Παναγιώτη. Εννοείται μπορούμε να μιλάμε στον ενικό, εσείς ούτως η άλλως μπορούσατε γιατι μόλις τώρα τελείωσα το σχολείο και θεωρούσα σωστό να απευθυνθώ στον πληθυντικό. Μια ερώτηση. Πως γνωρίζουμε ότι είναι μηδενικής τάξης η αντίδραση;
Καλησπερα Σταυρε Διονυσιε, ισως επρεπε να το λεει πιο καθαρα (δικο μου σφαλμα) u αντίδρασης=0,6 Μ/min, εννοει σταθερη ταχυτητα, αρα μηνδενικης ταξης.
Έχεις δίκιο Παναγιώτη φαίνεται ο καιρός που έχω να κάνω χημεια έγινε αισθητός στην επίλυση της άσκησης, καθώς το μυαλό μου πήγε στην μέση ταχύτητα αντίδρασης από δικό μου λάθος!