Định luật Faraday - Công thức, ứng dụng, bài tập (2025)

26/07/23

Chuyên mục: Kiến Thức Chung

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

Định Luật Faraday: Công Thức Điện Phân, Ứng Dụng & Bài Tập (Full)

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.

1. 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. (Lưu ý: Bài viết này tập trung vào Định luật Faraday về Điện phân).

Trong điện tử, định luật cảm ứng điện từ của Faraday cho biết từ trường tương tác với một mạch điện để có thể tạo ra sức điện động (EMF) - 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.

giới thiệu định luật Faraday

Tuy nhiên, trong Hóa học (cụ thể là về điện phân), định luật Faraday được phát biểu như sau:

Phát biểu định luật (Điện phân): Khối lượng chất giải phóng ở mỗi điện cực tỷ lệ thuận với điện lượng đi qua dung dịch và với đương lượng gam của chất đó.

2. Lịch sử hình thành Định luật Faraday

Về lịch sử hình thành định luật Faraday (về cảm ứng điện từ) 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 tốc độ thay đổi của từ thông qua vòng mạch điện.

Lịch sử hình thành Faraday

3. Công thức Định luật Faraday (về Điện phân)

biểu thức liên hệ định luật faraday

Công thức định luật Faraday về điện phân:

m = (A * I * t) / (n * F)

Trong đó:

m là khối lượng chất giải phóng ở điện cực (đơn vị: gam)
A là khối lượng mol nguyên tử của chất thu được ở điện cực (đơn vị: g/mol)
n là số electron mà nguyên tử hoặc ion đã cho hoặc nhận (hóa trị của chất)
I là cường độ dòng điện (đơn vị: Ampe - A)
t là thời gian điện phân (đơn vị: giây - s)
F là hằng số Faraday (F ≈ 96500 C/mol), là điện tích của một mol electron.

→ 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)

Công thức định luật Faraday

4. Ứng dụng điện phân của định luật Faraday

Điện phân (dựa trên định luật Faraday) có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp:

Điều chế kim loại: Dùng để điều chế các kim loại mạnh (như Na, K, Mg, Al) từ quặng nóng chảy của chúng.
Chế tạo một số phi kim: Như H2, O2, F2, Cl2.
Điều chế một số hợp chất: Ví dụ như NaOH, H2O2, nước Javen.

Ứng dụng điện phân định luật Faraday

Tinh chế kim loại: Dùng để làm sạch, tinh chế một số kim loại như Cu, Pb, Zn, Fe, Ag, Au…
Mạ điện: Dùng để mạ một lớp kim loại lên bề mặt vật liệu khác.

điện phân định luật faraday

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 (ví dụ: Niken, Crom, Vàng), còn catot sẽ là vật cần mạ. Lớp mạ thông thường sẽ rất mỏng.

5. Bài tập ví dụ về điện phân

bài tập điện phân định luật faraday

Bài 1: Một bình điện phân đựng dung dịch AgNO3 có điện trở là 2,5 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 = 16 * 60 + 5 = 965 giây (s)

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 = (A * I * t) / (F * n) = (108 * 4 * 965) / (96500 * 1) = 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 A = 64g/mol và hoá trị n = 2.

Lời giải:

Đổi đơn vị:
d = 10 µm = 10 * 10^-6 m
S = 1 cm² = 1 * 10^-4 m²
D = 8900 kg/m³

Thể tích lớp đồng cần bóc: V = S * d = (10^-4) * (10 * 10^-6) = 10^-9 m³

Khối lượng đồng phải bóc đi là:

m = D * V = 8900 * 10^-9 (kg) = 8,9 * 10^-6 (kg) = 8,9 * 10^-3 (g)

Áp dụng công thức định luật Faraday:

m = (A * I * t) / (F * n)
=> t = (m * F * n) / (A * I)
=> t = (8,9 * 10^-3 * 96500 * 2) / (64 * 0,010)
=> t ≈ 2683 (s)

Đáp án bằng 2683 giây (khoảng 44,7 phút).

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:

2,16 g
1,62 g
2,7 g
1,08 g

Đáp án:

Theo định luật Faraday, khối lượng nhôm thu được là (với A = 27 g/mol, n = 3):

m = (A * I * t) / (F * n) = (27 * 9,65 * 3000) / (96500 * 3)

m = (27 * 9,65 * 3000) / 289500 = 2,7 (g)

→ đáp án C.

6. Tham khảo thêm từ Mecsu

>>> 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:

Trên đây là những thông tin về định luật Faraday (tập trung vào điện phân), công thức định luật Faraday và ứng dụng điện phân của nó. 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.

Bài viết cùng chuyên mục

Data logger: Công dụng, mô hình & cách chọn chuẩn (2025)

26 / 07
2023

Xem thêm

Máy biến áp: cấu tạo & nguyên lý hoạt động (2025)

26 / 07
2023

Xem thêm

Động năng: Khái niệm, công thức & ý nghĩa (2024)

26 / 07
2023

Xem thêm

Mã vạch: Khái niệm, lịch sử & ứng dụng barcode (2025)

26 / 07
2023

Để biết xuất xứ của một sản phẩm, nhiều người sử dụng đã lựa chọn cách check mã vạch của hàng hoá, để từ đó có thể yên tâm hơn về chất lượng hàng hoá khi mua.

Xem thêm