Проводим опыты, страница 130 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 31. Гальванические элементы. Аккумуляторы. Вспомните - страница 130.

Условие.

Возьмите лимон, яблоко или солёный огурец и воткните в него два проводника. Одним из них может быть медный провод, а другим — железный гвоздь. Принесите этот изготовленный источник тока в школу и, подсоединив его проводами к гальванометру, убедитесь, что источник работает.

Решение.

Решение

Описанное в задаче устройство, состоящее из лимона (или яблока, или солёного огурца), медного провода и железного гвоздя, является простейшим химическим источником электрического тока, известным как гальванический элемент. Его работа основана на возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в результате химических реакций между двумя различными металлами, погруженными в проводящую жидкость — электролит.

В данном случае роль электродов выполняют медный провод ($\text{Cu}$) и железный гвоздь ($\text{Fe}$). В качестве электролита выступает сок фрукта или рассол огурца. Лимонная или яблочная кислота, а также соль в рассоле, диссоциируют в воде на положительные и отрицательные ионы, что делает сок электропроводным.

Принцип действия заключается в следующем. Железо и медь обладают разной химической активностью. Железо является более активным металлом, поэтому оно легче вступает в химическую реакцию, отдавая свои электроны. Этот процесс называется окислением. На железном электроде (аноде, который является отрицательным полюсом) атомы железа превращаются в положительные ионы $Fe^{2+}$, которые уходят в раствор, оставляя на гвозде два электрона:

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

Эти свободные электроны создают на железном гвозде избыточный отрицательный заряд. Когда электроды соединяются проводниками через гальванометр, электроны начинают упорядоченно двигаться по внешней цепи от железного гвоздя к медному проводу. Этот поток электронов и есть электрический ток.

Медный провод является менее активным металлом и выступает в роли катода (положительного полюса). Электроны, пришедшие на него по внешней цепи, вступают в реакцию восстановления с положительными ионами водорода ($H^{+}$), которые содержатся в кислом соке лимона:

$2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2$

В результате этой реакции на поверхности медного провода образуются пузырьки газообразного водорода. Для того чтобы электрическая цепь была замкнутой, внутри электролита (сока) также происходит движение ионов: положительные ионы движутся к катоду (меди), а отрицательные — к аноду (железу).

Гальванометр, включенный в цепь, является чувствительным прибором, который регистрирует даже слабый электрический ток. Отклонение его стрелки доказывает, что созданная "фруктовая батарейка" действительно является источником тока.

Ответ: Источник тока работает, так как представляет собой гальванический элемент, в котором химическая энергия окислительно-восстановительной реакции между двумя разными металлами (железо и медь) в среде электролита (сок лимона, яблока или рассол) преобразуется в электрическую энергию, создавая направленное движение электронов (электрический ток) во внешней цепи.