Номер 4, страница 199 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 49. Источники тока. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 199.

Условие.

4. Что собой представляет элемент Вольта?

Решение.

Элемент Вольта, также известный как вольтов столб, — это первый в истории гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока, созданный итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это изобретение позволило впервые получать непрерывный электрический ток и послужило толчком к развитию электротехники и электрохимии.

Устройство и принцип действия

В своей классической форме элемент Вольта представляет собой стопку (столб) из последовательно соединённых пар дисков, изготовленных из двух разных металлов — как правило, цинка (Zn) и меди (Cu). Между каждой парой металлических дисков проложена ткань или картон, смоченные в электролите — растворе кислоты (например, серной) или соли (например, поваренной соли).

Принцип работы элемента основан на электрохимической реакции, происходящей между металлами и электролитом. Более химически активный металл, цинк, выступает в роли отрицательного электрода (анода). При контакте с электролитом атомы цинка окисляются, то есть отдают два электрона и превращаются в положительно заряженные ионы $Zn^{2+}$, которые переходят в раствор. Этот процесс описывается уравнением:
$Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}$

Высвободившиеся электроны накапливаются на цинковом электроде, создавая отрицательный потенциал. Менее активный металл, медь, служит положительным электродом (катодом). Если соединить электроды проводником, электроны начнут двигаться по нему от цинка к меди, создавая во внешней цепи электрический ток.

На поверхности медного электрода происходит реакция восстановления. Положительно заряженные ионы из электролита (в случае кислотного электролита — ионы водорода $H^{+}$) принимают пришедшие по цепи электроны. В результате образуется газообразный водород, который выделяется на катоде в виде пузырьков:
$2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2 \uparrow$

Таким образом, в элементе Вольта химическая энергия реакции окисления-восстановления преобразуется в электрическую. Напряжение, создаваемое одной такой парой (цинк-медь), составляет около 1,1 Вольта. Соединяя множество таких элементов последовательно в "столб", Вольта смог получить значительное по тем временам напряжение.

Недостатки

Несмотря на своё революционное значение, элемент Вольта имел существенные недостатки. Главный из них — поляризация катода. Пузырьки водорода, образующиеся на медной пластине, изолировали её от электролита. Это приводило к увеличению внутреннего сопротивления элемента и, как следствие, к быстрому падению силы тока. Кроме того, элемент имел короткий срок службы, так как цинковый электрод постепенно растворялся, а электролит испарялся или загрязнялся.

Ответ: Элемент Вольта — это первый в истории химический источник постоянного электрического тока, созданный А. Вольта. Он состоит из двух электродов, изготовленных из разных металлов (например, цинка и меди), которые помещены в электролит (раствор кислоты или соли). Электрический ток возникает в результате электрохимической реакции: более активный металл (цинк) окисляется, отдавая электроны, которые по внешней цепи движутся к менее активному металлу (меди), где происходит реакция восстановления ионов из электролита.