Номер 1265, страница 138 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

8 класс. Электромагнитные явления. 46. Магнитное поле. Магнитные линии. Электромагниты. Постоянные магниты. Магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на проводник с током - номер 1265, страница 138.

Решение.

Да, при установлении равновесия вся система будет ориентирована в определённом направлении.

Решение

Конструкция, изображённая на рисунке, представляет собой гальванический элемент (также известный как элемент Вольта). Медная (Cu) и цинковая (Zn) пластинки служат электродами, а раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) — электролитом.

В ряду электрохимической активности металлов цинк стоит левее водорода и меди, а медь — правее водорода. Это означает, что цинк является более активным металлом по сравнению с медью. Поэтому в данном гальваническом элементе цинковая пластина будет служить отрицательным электродом (анодом), а медная — положительным (катодом).

На электродах протекают следующие химические реакции:

1. На аноде (цинковой пластине) происходит окисление. Атомы цинка отдают электроны и переходят в раствор в виде ионов $Zn^{2+}$:

$Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

2. Электроны, оставшиеся на цинковой пластине, перемещаются по внешней цепи (жёсткой спирали) к медной пластине. Это упорядоченное движение электронов и есть электрический ток.

3. На катоде (медной пластине) происходит восстановление. Ионы водорода $H^+$ из раствора серной кислоты принимают электроны и образуют молекулярный водород, который выделяется в виде газа:

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Спираль, соединяющая электроды, представляет собой катушку индуктивности (соленоид). Когда по виткам этой катушки протекает электрический ток, она создаёт вокруг себя магнитное поле. Таким образом, катушка превращается в электромагнит, обладающий северным и южным полюсами.

Планета Земля имеет собственное глобальное магнитное поле. Поскольку вся система (пробка с пластинами и спиралью) свободно плавает в жидкости, она может вращаться в горизонтальной плоскости. Электромагнит (катушка с током) будет взаимодействовать с магнитным полем Земли. На него будет действовать вращающий момент, который заставит систему поворачиваться до тех пор, пока ось электромагнита не расположится вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Это аналогично поведению стрелки компаса.

В результате система займёт устойчивое положение равновесия, сориентировавшись в определённом направлении — вдоль магнитного меридиана Земли (в направлении север-юг).

Ответ: Да, система будет ориентирована в определённом направлении. Причина в том, что медная и цинковая пластинки, погружённые в серную кислоту, образуют гальванический элемент. В соединяющей их спирали возникает электрический ток, превращая её в электромагнит. Этот электромагнит взаимодействует с магнитным полем Земли и, подобно стрелке компаса, ориентируется вдоль его силовых линий.