Номер 2, страница 130 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 31. Гальванические элементы. Аккумуляторы. Вопросы - номер 2, страница 130.

Условие.

2. Как устроен сухой гальванический элемент?

Решение.

1. Кто и когда изобрёл первый источник тока?

Первый в мире химический источник электрического тока был создан итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это изобретение получило название «вольтов столб». Оно представляло собой стопку (столб) из чередующихся дисков, изготовленных из двух разных металлов — цинка ($\text{Zn}$) и меди ($\text{Cu}$) (иногда использовалось серебро). Между каждой парой металлических дисков была проложена ткань или картон, смоченный в электролите — солёной воде или растворе кислоты. В результате химической реакции между разнородными металлами и электролитом на концах столба возникала разность потенциалов (напряжение). Вольтов столб был первым устройством, способным создавать непрерывный и стабильный электрический ток, что дало мощный толчок развитию учения об электричестве.

Ответ: Первый источник тока, «вольтов столб», изобрёл итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году.

2. Как устроен сухой гальванический элемент?

Сухой гальванический элемент, например, обычная «пальчиковая» батарейка (солевой элемент Лекланше), представляет собой герметичную конструкцию, в которой электролит находится в виде густой пасты, а не жидкости. Основные компоненты сухого элемента:

1. Отрицательный электрод (анод): это корпус элемента, выполненный из цинка ($\text{Zn}$). Он служит и резервуаром для других компонентов, и активным участником химической реакции, окисляясь в процессе работы.

2. Положительный электрод (катод): это угольный (графитовый) стержень, расположенный в центре элемента. Сам по себе он инертен и выполняет функцию токоотвода. Вокруг него находится активная масса.

3. Электролит и деполяризатор: пространство между цинковым корпусом и угольным стержнем заполнено густой пастой. Паста состоит из водного раствора хлорида аммония ($NH_4Cl$) или хлорида цинка ($ZnCl_2$), который выполняет роль электролита, и диоксида марганца ($MnO_2$), смешанного с угольным порошком (сажей). Диоксид марганца является деполяризатором — он вступает в реакцию с ионами водорода, образующимися у катода, предотвращая падение напряжения.

4. Изоляция и контакты: сверху элемент герметично закрыт крышкой (часто из смолы или воска) для предотвращения высыхания пасты. Металлический колпачок на угольном стержне служит положительным полюсом, а дно цинкового стакана — отрицательным.

При замыкании цепи цинк окисляется, отдавая электроны, а на положительном электроде происходит восстановление диоксида марганца. Эти химические реакции приводят к возникновению электрического тока.

Ответ: Сухой гальванический элемент состоит из цинкового корпуса (отрицательный электрод), центрального угольного стержня (положительный электрод) и электролитной пасты (раствор соли с диоксидом марганца) между ними.

3. Как устроен аккумулятор?

Аккумулятор — это многоразовый химический источник тока, в котором химические реакции, создающие ток, являются обратимыми. Это позволяет восстанавливать его работоспособность путём зарядки от внешнего источника энергии. Рассмотрим устройство на примере наиболее распространённого свинцово-кислотного аккумулятора, используемого в автомобилях.

Основные компоненты аккумулятора:

1. Электроды (пластины): аккумулятор содержит два типа свинцовых решётчатых пластин, погружённых в электролит. Пластины имеют большую площадь поверхности для увеличения силы тока.
• Отрицательные пластины: активным веществом на них является губчатый свинец ($\text{Pb}$).
• Положительные пластины: активным веществом является диоксид свинца ($PbO_2$).

2. Сепаратор: между положительными и отрицательными пластинами расположены пористые перегородки (сепараторы) из диэлектрического материала (например, микропористого пластика). Они предотвращают короткое замыкание, но пропускают ионы электролита.

3. Электролит: пространство между пластинами заполнено водным раствором серной кислоты ($H_2SO_4$).

4. Корпус: все компоненты заключены в прочный, кислотостойкий корпус, как правило, из полипропилена. Аккумулятор обычно состоит из нескольких последовательно соединённых секций («банок»), каждая из которых представляет собой отдельный гальванический элемент с напряжением около 2 В. Например, автомобильный аккумулятор на 12 В содержит 6 таких банок.

В процессе разряда (когда аккумулятор питает нагрузку) на обоих типах пластин образуется сульфат свинца ($PbSO_4$), а концентрация серной кислоты в электролите падает. При зарядке протекают обратные химические процессы: сульфат свинца преобразуется обратно в свинец и диоксид свинца, а плотность электролита восстанавливается.

Ответ: Аккумулятор состоит из положительных и отрицательных электродов (пластин), разделённых сепаратором и погружённых в электролит, помещённых в герметичный корпус. Его работа основана на обратимых химических реакциях, что позволяет многократно заряжать и разряжать его.