Номер 50.5, страница 180 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 7. Электрические явления. Параграф 50. Электрическая цепь - номер 50.5, страница 180.

Условие.

50.5 [н] Почему гальванический элемент в цепи, изображённой на рисунке VII-28, со временем разрядится? Куда деваются заряды, первоначально сосредоточенные на полюсах источника тока? Выполняется ли закон сохранения заряда в замкнутой цепи?

Решение.

Решение 4.

Решение 7.

Почему гальванический элемент в цепи, изображённой на рисунке VII-28, со временем разрядится?
Гальванический элемент является источником электрической энергии, а не неиссякаемым источником заряда. Его работа основана на преобразовании химической энергии в электрическую за счет протекания окислительно-восстановительных реакций. Внутри элемента находятся химические вещества (реагенты). Когда цепь замкнута и по ней течет ток, эти реагенты расходуются.
На одном электроде (аноде) происходит реакция окисления, в результате которой высвобождаются электроны. На другом электроде (катоде) происходит реакция восстановления, которая потребляет электроны, пришедшие по внешней цепи. Этот процесс не может продолжаться вечно, так как количество реагентов в гальваническом элементе ограничено.
Со временем, по мере расходования реагентов, химические реакции замедляются и в конце концов прекращаются. Когда реакции останавливаются, сторонние силы химической природы перестают совершать работу по разделению зарядов, и электродвижущая сила (ЭДС) источника падает до нуля. Элемент больше не может поддерживать ток в цепи — он "разряжается". Таким образом, разрядка гальванического элемента — это процесс исчерпания его внутреннего запаса химической энергии.

Ответ: Гальванический элемент разряжается, потому что запас химических веществ (реагентов), участвующих в реакциях для создания тока, конечен. По мере работы элемента эти вещества расходуются, химические реакции прекращаются, и элемент перестает быть источником энергии.

Куда деваются заряды, первоначально сосредоточенные на полюсах источника тока?
Представление о том, что на полюсах источника накоплен некий большой статический заряд, который затем расходуется, не совсем корректно. На полюсах действительно существует избыток одних зарядов и недостаток других, что создает разность потенциалов. Однако этот избыток очень мал. Главная функция источника — непрерывно поддерживать эту разность потенциалов.
Заряды не "деваются" и не исчезают. Они находятся в непрерывном движении, образуя замкнутый круг. Когда цепь замыкается, электроны начинают двигаться по внешней цепи от отрицательного полюса к положительному. Внутри источника тока, в электролите, движение зарядов обеспечивается ионами. Положительные ионы движутся к катоду, а отрицательные — к аноду.
Таким образом, заряд циркулирует по замкнутой цепи. За каждый электрон, покинувший отрицательный полюс и пришедший на положительный, химическая реакция внутри источника "поставляет" новый электрон на отрицательный полюс и "забирает" пришедший электрон на положительном. Источник тока работает как "насос для зарядов", который, используя химическую энергию, заставляет заряды двигаться по кругу. Расходуется не заряд, а энергия, затрачиваемая на его перемещение.

Ответ: Заряды не исчезают. Они непрерывно циркулируют по замкнутой цепи: электроны движутся во внешней цепи, а ионы — внутри источника тока. Химические реакции в источнике постоянно восполняют заряды на полюсах, поддерживая их непрерывное движение.

Выполняется ли закон сохранения заряда в замкнутой цепи?
Да, закон сохранения заряда является одним из фундаментальных законов физики и в замкнутой электрической цепи он выполняется неукоснительно. Этот закон гласит, что алгебраическая сумма зарядов в любой электрически изолированной системе остается постоянной.
В замкнутой цепи заряды не создаются из ничего и не исчезают бесследно. Происходит лишь их упорядоченное перемещение. Гальванический элемент не создает заряд, а лишь разделяет существующие в веществе положительные и отрицательные заряды, совершая работу против сил электростатического поля.
Следствием закона сохранения заряда для электрических цепей является первое правило Кирхгофа (закон токов): алгебраическая сумма токов, сходящихся в любой точке (узле) цепи, равна нулю: $ \sum I_k = 0 $. Это означает, что сколько заряда втекает в узел за единицу времени, ровно столько же из него и вытекает. Ни в одной точке цепи заряд не накапливается и не исчезает.

Ответ: Да, закон сохранения заряда в замкнутой цепи выполняется строго. Заряды не создаются и не уничтожаются, а только перераспределяются и движутся по замкнутому контуру.