Номер 6, страница 199 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 49. Источники тока. Вопросы для самопроверки - номер 6, страница 199.

Условие.

6*. Каков принцип работы аккумулятора?

Решение.

Основной принцип работы

Аккумулятор — это вторичный химический источник электрического тока, особенностью которого является обратимость внутренних химических процессов. Это означает, что он может не только отдавать электрическую энергию, преобразуя из химической (режим разряда), но и накапливать её, преобразуя электрическую энергию обратно в химическую (режим заряда). Принцип работы аккумулятора основан на протекании обратимых окислительно-восстановительных реакций. Любой аккумулятор состоит из двух электродов (положительного — катода и отрицательного — анода), изготовленных из разных материалов, и электролита, который проводит ионы, но не электроны.

Процесс разряда (отдача энергии)

Когда к аккумулятору подключают внешнюю нагрузку (потребитель тока), он начинает работать как гальванический элемент. Внутри него самопроизвольно протекает химическая реакция, в ходе которой химическая энергия, запасенная в активных веществах электродов и электролита, преобразуется в электрическую энергию. На отрицательном электроде (аноде) происходит процесс окисления, в результате которого высвобождаются электроны. Эти электроны движутся по внешней цепи к положительному электроду (катоду), создавая электрический ток. На катоде происходит процесс восстановления, где электроны принимаются. Движение ионов в электролите между электродами замыкает цепь. Этот процесс продолжается до тех пор, пока активные вещества на электродах не прореагируют в значительной степени.

Процесс заряда (накопление энергии)

Для восстановления работоспособности разряженный аккумулятор заряжают. К его клеммам подключают внешний источник постоянного тока (например, зарядное устройство) так, чтобы его положительный полюс был соединен с положительным электродом аккумулятора, а отрицательный — с отрицательным. Внешний источник создает во внешней цепи электрический ток, направленный противоположно току при разряде. Под действием этого тока химические реакции в аккумуляторе протекают в обратном направлении. Электрическая энергия от внешнего источника преобразуется в химическую, восстанавливая исходный состав активных веществ на электродах и в электролите. После завершения заряда аккумулятор снова способен отдавать энергию.

Пример: свинцово-кислотный аккумулятор

Рассмотрим работу на примере самого распространенного свинцово-кислотного аккумулятора, который используется в автомобилях.

• Отрицательный электрод (анод): губчатый свинец ($Pb$).
• Положительный электрод (катод): диоксид свинца ($PbO_2$).
• Электролит: водный раствор серной кислоты ($H_2SO_4$).

При разряде на обоих электродах образуется сульфат свинца ($PbSO_4$), а серная кислота расходуется, из-за чего плотность электролита падает. Суммарное уравнение реакции:

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

При заряде происходит обратный электрохимический процесс: сульфат свинца на электродах преобразуется обратно в свинец и диоксид свинца, а в электролите образуется серная кислота, повышая его плотность. Суммарное уравнение реакции:

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

Ответ: Принцип работы аккумулятора заключается в обратимом преобразовании химической энергии в электрическую (при разряде) и электрической энергии в химическую (при заряде) за счет протекания обратимых окислительно-восстановительных реакций на двух электродах, помещенных в электролит.