Номер 8, страница 117 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

8. Каково устройство аккумулятора?

Каково устройство аккумулятора?

Аккумулятор — это химический источник электрического тока многоразового действия, основной функцией которого является накопление (аккумулирование) энергии за счёт обратимой химической реакции и последующая её отдача для питания различных устройств. Принцип действия аккумулятора основан на преобразовании химической энергии в электрическую при разряде и обратно — электрической в химическую при заряде.

Несмотря на разнообразие типов аккумуляторов (свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые и др.), их базовое устройство включает в себя следующие ключевые компоненты:

• Положительный электрод (катод): электрод, на котором происходит реакция восстановления (присоединение электронов) во время разряда.
• Отрицательный электрод (анод): электрод, на котором происходит реакция окисления (отдача электронов) во время разряда.
• Электролит: вещество, проводящее ионы, но не проводящее электроны. Электролит обеспечивает ионный обмен между катодом и анодом. Он может быть жидким (раствор кислоты или щёлочи), гелеобразным или твёрдым.
• Сепаратор: пористая мембрана, которая физически разделяет положительный и отрицательный электроды, чтобы предотвратить короткое замыкание. При этом сепаратор должен быть проницаем для ионов электролита.
• Корпус: герметичная ёмкость, в которой размещаются все компоненты аккумулятора. Он защищает их от механических повреждений и воздействия окружающей среды.
• Токосъёмники (клеммы): внешние выводы (положительный «+» и отрицательный «−»), служащие для подключения аккумулятора к электрической цепи.

Во время разряда аккумулятора на аноде происходит химическая реакция, высвобождающая электроны. Эти электроны движутся по внешней цепи, создавая электрический ток, и приходят на катод. Одновременно ионы перемещаются через электролит и сепаратор, замыкая цепь внутри аккумулятора. На катоде происходит другая химическая реакция, которая потребляет пришедшие электроны.

При заряде от внешнего источника питания эти процессы обращаются: электроны движутся в обратном направлении, а химические вещества на электродах восстанавливаются до своего первоначального состояния, запасая энергию.

В качестве примера рассмотрим устройство наиболее распространённого свинцово-кислотного аккумулятора:

• Катод (+) состоит из решёток, заполненных диоксидом свинца ($PbO_2$).
• Анод (−) состоит из решёток, заполненных губчатым свинцом ($Pb$).
• Электролитом служит водный раствор серной кислоты ($H_2SO_4$).

При разряде аккумулятора на обоих электродах протекают химические реакции, в результате которых образуется сульфат свинца ($PbSO_4$), а плотность электролита (концентрация серной кислоты) уменьшается. Суммарная реакция при разряде (стрелка вправо) и заряде (стрелка влево) выглядит так:

$Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4 \rightleftarrows 2PbSO_4 + 2H_2O$

Ответ: Аккумулятор состоит из двух электродов (положительного – катода и отрицательного – анода), помещённых в электролит и разделённых сепаратором для предотвращения короткого замыкания. Вся эта система заключена в герметичный корпус с внешними выводами (клеммами). Работа аккумулятора основана на обратимых химических реакциях: при разряде химическая энергия преобразуется в электрическую, а при заряде от внешнего источника электрическая энергия преобразуется обратно в химическую, восстанавливая заряд.