Номер 9, страница 253 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Домашние экспериментальные задания - номер 9, страница 253.

Условие.

Задание 9

Изготовление и испытание простейшего гальванического элемента

Цель: изготовление гальванического элемента с использованием подручных средств.

Порядок выполнения

1. Для изготовления простейшего гальванического элемента потребуется лимон и два проводника из различных материалов. Одним из них может быть железный гвоздь (не забудьте вымыть, вытереть и зачистить наждачной бумагой) и медная проволока диаметром 1–2 мм, очищенная от эмалевой изоляции.

2. Воткните гвоздь и медную проволоку в лимон на расстоянии друг от друга 1–1,5 см. Гальванический элемент готов.

Но испытать его в домашних условиях затруднительно. Лучше дома всё приготовить, а испытать в классе.

3. Если соединить полюсы этого элемента с клеммами гальванометра, стрелка гальванометра отклонится на несколько делений. Если соединить с клеммами школьного лабораторного вольтметра, то вольтметр покажет примерно $0.2 \, \text{В}$.

4. Проверьте, как зависит напряжение на клеммах вашего элемента от расстояния между электродами (полюсами).

5. Вместо лимона можно использовать зелёное яблоко, солёный огурец, луковицу. В каком случае на полюсах элемента возникающее напряжение больше?

Решение.

4. Проверьте, как зависит напряжение на клеммах вашего элемента от расстояния между электродами (полюсами).

Напряжение, возникающее в гальваническом элементе, называется электродвижущей силой (ЭДС). Величина ЭДС определяется только материалами электродов (в данном случае — железо и медь) и химическим составом электролита (лимонный сок, содержащий лимонную кислоту). Теоретически, ЭДС не зависит от размеров электродов и расстояния между ними.

Однако, от расстояния между электродами зависит внутреннее сопротивление элемента $\text{r}$. Чем больше расстояние $\text{l}$ между электродами, тем больше путь, который должны пройти ионы в электролите, и, следовательно, тем больше внутреннее сопротивление. Эта зависимость близка к прямо пропорциональной: $r \sim l$.

Когда к элементу подключается вольтметр для измерения напряжения, через него течет очень малый ток. Напряжение на клеммах $\text{U}$, которое показывает вольтметр, будет немного меньше ЭДС: $U = \mathcal{E} - Ir$, где $\text{I}$ - ток через вольтметр. При увеличении расстояния $\text{l}$ между электродами, внутреннее сопротивление $\text{r}$ увеличивается. Это приводит к небольшому увеличению падения напряжения $\text{Ir}$ внутри элемента и, как следствие, к незначительному уменьшению напряжения $\text{U}$ на клеммах.

Впрочем, поскольку сопротивление современного вольтметра очень велико, ток $\text{I}$ крайне мал, и в условиях школьного эксперимента это изменение напряжения, скорее всего, будет очень трудно или невозможно зафиксировать.

Ответ: Теоретически, напряжение (ЭДС) гальванического элемента не зависит от расстояния между электродами. На практике, из-за увеличения внутреннего сопротивления при увеличении расстояния, измеряемое вольтметром напряжение на клеммах может незначительно уменьшиться, но это изменение будет пренебрежимо малым.

5. Вместо лимона можно использовать зелёное яблоко, солёный огурец, луковицу. В каком случае на полюсах элемента возникающее напряжение больше?

Величина возникающего напряжения (ЭДС) в гальваническом элементе напрямую зависит от химической активности электролита. Электролитом в данном случае выступает сок используемого овоща или фрукта. Чем выше концентрация ионов (в первую очередь ионов водорода H⁺, определяющих кислотность, а также ионов солей) в электролите, тем интенсивнее протекают электрохимические реакции на поверхности электродов, и тем большее напряжение генерирует элемент.

Сравним предложенные варианты:

• Лимон: содержит большое количество лимонной кислоты, что делает его сок сильным электролитом.
• Зелёное яблоко: содержит яблочную кислоту, но, как правило, в меньшей концентрации, чем лимонная кислота в лимоне.
• Луковица: содержит сульфеновые кислоты, но её сок является более слабым электролитом по сравнению с лимонным.
• Солёный огурец: является наилучшим вариантом. Помимо органических кислот (например, уксусной, если огурец маринованный), он содержит большое количество поваренной соли (хлорида натрия, NaCl). В водном растворе соль диссоциирует на ионы Na⁺ и Cl⁻. Высокая концентрация этих ионов резко повышает электропроводность раствора и делает его очень активным электролитом.

Таким образом, наиболее интенсивные химические процессы и, как следствие, наибольшее напряжение будут наблюдаться при использовании солёного огурца.

Ответ: Наибольшее напряжение возникнет при использовании солёного огурца, так как он содержит не только кислоту, но и большое количество соли, что делает его наиболее сильным электролитом из предложенного списка.