Номер 15, страница 80, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 59. Действие магнитного поля на проводники с токами. Сила Ампера - номер 15, страница 80.

Условие.

15*. В банку, заполненную раствором серной кислоты, опустили деревянный круг, защищённый от кислоты эпоксидной смолой. В круг вставлены медный (M) и цинковый (Ц) стержни (рис. 43). К верхним концам этих стержней прикрепили проволочную спираль, как показано на рисунке. Как будет ориентироваться ось этой спирали, если круг с прикреплёнными к нему деталями может свободно (без трения) вращаться в банке? Ответ обоснуйте.

Рис. 43

Решение.

Решение

Конструкция, состоящая из медного (М) и цинкового (Ц) стержней, опущенных в раствор серной кислоты, является гальваническим элементом. В ряду электрохимической активности металлов цинк стоит левее водорода и меди, а медь — правее водорода. Поэтому цинк будет анодом (отрицательным полюсом), а медь — катодом (положительным полюсом).

На электродах протекают следующие химические реакции:

• На аноде (цинковый стержень, Ц): атомы цинка окисляются, переходя в раствор в виде ионов $Zn^{2+}$, и отдают электроны. $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}$
• На катоде (медный стержень, М): ионы водорода $H^{+}$ из раствора серной кислоты принимают электроны и восстанавливаются до газообразного водорода. $2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2$

В результате между медным и цинковым стержнями возникает разность потенциалов, и по проволочной спирали, соединяющей их, потечет электрический ток. По правилам, направление тока принято считать от положительного полюса к отрицательному, то есть в данном случае от медного стержня (М) к цинковому (Ц).

Проволочная спираль с током (соленоид) создает магнитное поле и ведет себя как электромагнит. Полюса этого электромагнита можно определить с помощью правила правой руки: если обхватить спираль правой рукой так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в витках, то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление на северный магнитный полюс (N) соленоида. Ток течет от М к Ц. Судя по рисунку, витки спирали идут сверху. Направляя пальцы по току (от М к Ц по верхней части витков), мы обнаружим, что большой палец указывает в сторону медного стержня (М). Таким образом, конец спирали, соединенный с медным стержнем, является ее северным полюсом, а конец, соединенный с цинковым стержнем, — южным полюсом (S).

Поскольку вся система может свободно вращаться, она будет вести себя подобно стрелке компаса в магнитном поле Земли. Электромагнит (спираль) повернется так, чтобы его магнитная ось сориентировалась вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Северный полюс магнита притягивается к южному магнитному полюсу Земли (который находится вблизи Северного географического полюса), а южный полюс магнита — к северному магнитному полюсу Земли (вблизи Южного географического полюса).

Следовательно, ось спирали установится вдоль магнитного меридиана Земли, то есть примерно в направлении север–юг.

Ответ: Ось спирали сориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Конец спирали, прикрепленный к медному стержню (ее северный полюс), будет указывать на северный географический полюс Земли, а конец, прикрепленный к цинковому стержню (ее южный полюс), — на южный географический полюс Земли.