Номер 19.15, страница 96 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 19. Домашние экспериментальные задания - номер 19.15, страница 96.

Условие.

19.15. Возьмите лимон, яблоко или соленый огурец и воткните в него два проводника. Одним из них может быть медный провод, а другим — железный гвоздь. Принесите изготовленный таким образом источник тока в школу и, присоединив его проводами к гальванометру, убедитесь, что источник работает. Объясните принцип работы изготовленного вами источника тока.

Решение.

Решение

Изготовленное устройство, состоящее из лимона (яблока или соленого огурца), медного провода и железного гвоздя, представляет собой простейший гальванический элемент, также известный как элемент Вольта. Принцип его работы основан на преобразовании химической энергии в электрическую за счет химических реакций.

Компонентами этого источника тока являются: электроды — два проводника из разных металлов (медный провод, $\text{Cu}$, и железный гвоздь, $\text{Fe}$) и электролит — сок лимона, яблока или рассол огурца. Эти жидкости содержат кислоты или соли, которые в воде распадаются на ионы, обеспечивая проводимость внутри источника.

Принцип действия заключается в следующем. Медь и железо обладают разной химической активностью. В ряду активности металлов железо стоит левее меди, что означает, что железо более склонно отдавать электроны (окисляться), чем медь. Когда оба металла погружены в электролит, начинается окислительно-восстановительная реакция.

Более активный металл, железо ($\text{Fe}$), выступает в роли отрицательного электрода, или анода. Атомы железа окисляются, то есть отдают электроны и переходят в раствор в виде положительно заряженных ионов $Fe^{2+}$. На железном гвозде накапливается избыток электронов. Этот процесс описывается уравнением: $Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^{-}$.

Менее активный металл, медь ($\text{Cu}$), выступает в роли положительного электрода, или катода. На нем происходит процесс восстановления. Положительно заряженные ионы водорода $H^{+}$, которые всегда присутствуют в кислом соке, подходят к медному проводу, принимают от него электроны и превращаются в нейтральные молекулы водорода $H_2$. Этот процесс описывается уравнением: $2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2$.

В результате на железном электроде (аноде) образуется избыток электронов (отрицательный полюс), а на медном электроде (катоде) — их недостаток (положительный полюс). Между электродами возникает разность потенциалов (напряжение).

Если подключить к этим электродам гальванометр с помощью проводов, то создается замкнутая электрическая цепь. Электроны, скопившиеся на железном гвозде, начнут упорядоченно двигаться по внешней цепи к медному проводу. Это упорядоченное движение электронов и есть электрический ток, который регистрирует гальванометр. Внутри же самого "фрукта" цепь замыкается за счет движения ионов в электролите.

Ответ: Принцип работы изготовленного источника тока (гальванического элемента) основан на возникновении электрического тока в результате окислительно-восстановительной реакции между двумя разными металлами (железом и медью), помещенными в электролит (кислый сок фрукта или солевой раствор). Химическая энергия реакции преобразуется в электрическую энергию, создавая направленное движение электронов во внешней цепи от более активного металла (анода) к менее активному (катоду).