Physiques -Sequence-06.pdf - f2.quomodo.comf2.quomodo.com/0DC3D9A1/uploads/283/Physiques -Sequence-06.pdf · Alessandro Volta est professeur de physique, et travaille notamment sur

Sommaire

Séquence 6Les piles électriques et l’énergie chimique

Séance 1 Comment Volta a-t-il inventé la première pile électrique ?

Séance 2 Fabriquons et utilisons une pile de Volta1– Fabriquonslapile2– Utilisonslapile3– Amélioronslapile

Séance 3 D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?1– Comparonsunepileneuveetunepileusagée2– D’oùprovientl’énergieélectriquefournieparunepile?3– Laréactionchimiquedansunepileproduit-elled’autresformesd’énergie quedel’énergieélectrique?

Séance 4 Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs que l’on trouve dans le commerce ? (première partie)

1– Despilesdedifférentesformesetdedifférentestailles2– Despilesdedifférentestechnologies

Séance 5 Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs que l’on trouve dans le commerce ? (deuxième partie)

1– Unautretypedepiles:les«pilesàcombustible»2– Lerecyclagedespilesetdesaccumulateurs

—©Cned,Physique - Chimie 3e152

©Cned,Physique - Chimie 3e— 153

Séance 1Comment Volta a-t-il inventé la première pile électrique ?

A Que vais-je apprendre dans cette séance ?

je sais déjà

Danslecommerce,ilexistedifférentstypesdepiles:alcalines,salines...etilyadespilesdetoutesformesetdetoutestailles(Fig.61.1).

Fig. f61.1

Différents types de piles

Enclassedequatrième,tuasapprislenomdel’inventeurdelapileélectrique:Alessandro Volta.

ce que je vais apprendre dans cette séance

CommentVoltaa-t-ilinventélapileélectrique?À-t-iltravaillétoutseul?Etpourquoilemot«pile»a-t-ilétédonnéàcetteinvention?

Danscetteséance,tuvasdécouvrirlesréponsesàcesquestions,etàquelquesautresconcernantl’inventiondelapileélectrique.

Séquence 6séance1—


B Je découvre

Étude de document

Lis attentivement les trois documents qui suivent et réponds aux questions de l’exercice 1 ci-après.

L’invention de la pile électrique

Document 1 : Avant la pile

Bienavantl’inventiondelapileélectrique,ilexistaitdéjàdesmachinescapablesdeproduiredesétincellesetd’électriserlescorps.

Cesmachinesétaientappelées«machinesélectrostatiques»,etl’uned’entreellesestreprésentéesurlafiguref61.2.

Fig. f61.2

Une machine électrostatique

Lamanivelle(1)faittournerlaroue(2),quientraînelabouledeverre(3).Cettedernière,enfrottantsurlecuir(4),secharged’électricitéstatique.Lapièce(6)sechargeàsontour,puislorsqueassezd’électricitéestaccumulée,uneétincellejaillitetlamachinesedéchargebrutalement.

Uneétincelle,c’estuncourantélectriquequijaillitpendantuntempstrès bref.Cequevoulaientmaintenantobtenirlesphysiciens,c’étaituncourant électrique de longue durée.

Séquence 6 —séance1


Document 2 : Les travaux de Galvani

AlessandroVoltan’auraitpaspuinventerlapileélectrique,àlafinduXVIIIesiècle,sanslestravauxd’unautresavantitalien,LuigiGalvani.

Cedernierestprofesseurd’anatomie:sontravailconsisteàobserveretàdessinerlesorganesdesêtresvivants.Parexempledesgrenouilles;etc’estjustemententravaillantsurlesbatraciensqu’ilremarque,en1786,unphénomènefortcurieux(figuref61.3):sil’ontouchelemuscledelacuisseàunendroitavecunetigedecuivre(1),etàunautreendroitavecunetigedefer(2),lemusclesecontractebrutalement.

Fig. f61.3

L’expérience de Galvani

Galvanienconclutquelesmusclesdesgrenouillescontiennentdel’électricité,qu’ilappelle«électricitéanimale».

Document 3 : L’invention de Volta

AlessandroVoltaestprofesseurdephysique,ettravaillenotammentsurlamesuredel’électricité.En1792,ils’intéresseauxexpériencesdeGalvani.Ilconstatequelephénomènen’estpaslimitéauxgrenouilles:parexemple,sil’ontoucheledessusetledessousdesaproprelangueaveclestigesdeferetdecuivre,onressentunpicotementetungoûtacide!Etilconclut:l’électricitén’estcrééeniparlemuscledelagrenouilleniparlalanguedel’êtrehumain,maisparlecuivreetlefer,àconditiontoutefoisquecesdeuxmétauxsoientreliésparunmilieuhumide(unmuscle,lalangue...),etdoncconducteur.



Voltadécidealorsdeconstruireungénérateurd’électricitéaumoyendedeuxplaquesmétalliquesséparéesparuncartond’eausalée.Commeleferprésentel’inconvénientderouiller,ilessaied’autresmétaux.Finalement,ildécided’utiliseruneplaquedecuivreetuneplaquedezinc.Etilluivientalorsuneidée:pouraugmenterlatensiondugénérateur,pourquoinepasessayerdeplacerplusieursalternances[cuivre/carton/zinc]lesunesàlasuitedesautres?L’essais’avèreconcluant,eten1800,Voltaconstruit(figuref61.4)unempilementderondellesdecuivre(1)etdezinc(3),séparéespardescartonsimbibésd’eausalée(2):cetempilementestaussitôtbaptisé«pile»!

Fig. f61.4Une pile de Volta

LapileconstruiteparVoltaesteffectivementcapabledefourniruncourantélectriquedelonguedurée.Lesavantitalienenfaitladémonstrationàl’AcadémiedessciencesdeParis,enprésencedeNapoléon.Voltamontreàcedernierquesil’ontoucheaveclalanguelesdeuxbornesdelapile,onressentunpicotementintense,désagréableetquiduretoutletempsducontact.L’Empereur,trèsimpressionné,luiaccordeunemédailled’oretunesommed’argent,etlenommesénateur.

Exercice 1

Réponds aux questions :

1-Questionsdontlesréponsessontàchercherdansletexteci-dessus:

a)Quelleestlaprincipaledifférenceentreunemachineélectrostatiqueetunepile?

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b)Quelleerreurd’interprétationGalvania-t-ilcommiseenexpliquantlacontractiondumuscledegrenouille?

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c)Quelleestl’explicationcorrectedelacontractiondumuscledegrenouille,donnéeparVolta?

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d)D’oùvientlemot«pile»?

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e)QuelestlemétalquiconstituelabornepositivedelapiledeVolta?Quelestceluiquiconstituelabornenégative?

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f)Sachantquechaqueélément[cuivre/carton/zinc]délivreunetensionélectriquede0,9volt,quelleestlatensionfournieparlapiledeVoltadessinéedansletexteci-dessus.

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2-Questionsderéflexion,dontlesréponsessontàchercherdansundictionnaireouuneencyclopédie:

a)Lesmachinesélectrostatiquesdontonparleaudébutdutexteproduisentdel’électricitégrâceaufrottement(parexemple,surlafiguref61.2,lefrottementdelabouledeverresurlemorceaudecuir).Citequelquesphénomènesdelaviedetouslesjoursoùunfrottementprovoqueuneaccumulationd’électricitéstatique.

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b)OnditdansletextequeVoltaprésentesapiledevantl’Académiedessciences.Qu’est-cequ’uneAcadémie?

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c)Voltaaurait-ilpuallumerunelampeàfilamentavecsapile(pourrépondre,rechercheladatedecetteinvention,dueàl’AméricainThomasEdison)?

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Séance 2Fabriquons et utilisons une pile de Volta


je sais déjà

Onditqu’unepileestungénérateur électrique,carellefournitdel’énergie électrique,quipermetdefairefonctionnerdifférentsrécepteurs électriques(lampes,moteurs...).

Aufuretàmesurequ’elleaservi,latensiondelapilebaisse:onpeutleconstateraumoyend’unvoltmètre.Auboutd’uncertaintemps,lapileestusée.

ce que je vais apprendre dans cette séance

CommentréaliserunepileinspiréedecelledeVolta?Oùtrouverlesmatériauxnécessaires?Peut-onfairefonctionnerunrécepteurélectriqueavecunetellepile?

Voilàlessujetsquetuvasdécouvrirdanscetteséance.

B Je découvre

Activité expérimentale

Fabriquons la pile

PourréaliserunepiledeVolta,ilfaut:duzinc,ducuivreetunliquide conducteur(doncunliquidecontenantdesions:revoisàcesujetlaséquence4).Onpeuttrouverdesclousenzincdanslesmagasinsdebricolage,etunfilélectriqueestfaitdecuivre.Commeliquideconducteur,onpeutprendrelejusd’uncitron,carcelui-ciestacide:ilcontientdoncdesionshydrogèneH+.

Ilsuffitdoncdeplanterleclouenzincetlefildecuivredanslecitron,etlapileestprête(figuref62.1):




Fig. f62.1Une pile au citron

Utilisons la pileAvec un voltmètreAvecunvoltmètre,nousmesurons(figuref62.2)latensionUdélivréeparcettepile:U≈0,91V.

Fig. f62.2La tension aux bornes de la pile au citron


Avec une lampe à filament

Cettetensionde0,91Vsembleprometteuse.Maissil’onessaied’alimenterunepetitelampeàfilamentdetensionnominale1,2V,c’estladéception:ellenes’allumepasdutout!Unampèremètreplacédanslecircuit(figuref62.3)nousfournitl’explication:l’intensitédébitéeparunepileaucitronesttrèsfaible,moinsde1mA.

Fig. f62.3Mesure de l’intensité débitée par la pile au citron

Orlesvaleursnominalesinscritessurlalampesont:1,2V–220mA.Celaveutdirequelalampedoitêtreparcourueparuncourantd’intensitévoisinede220mApourbrillercorrectement.Avecmoinsde1mAdébitéparlapileaucitron,onestloinducompte!

Avec une DEL

Ilfautchoisirunrécepteurmoinsgourmandenénergiequ’unelampeàfilament:nouspouvonsdoncessayerd’allumerunepetitediodeélectroluminescente(DEL).Nouvelledéception:toutcommelalampeàfilament,laDELnes’allumepas!

Cerésultats’explique,làencore,sil’onregardelescaractéristiquesnominalesfourniesparleconstructeurdelaDEL:1,6V–20mA(leconstructeurpréciseenoutrequesousunetensionde1,6Vilfautuneintensitéminimalede8mApourquelaDELcommenceàs’allumer).

Améliorons la pile

Exercice 2 Répondsàcettequestionderéflexion:

Onveutmaintenantconstruireunepileutilisantlesmêmesmatièresdebasequecellesdelapileaucitron(ducuivre,duzincetdujus de citron)maiscapable d’allumer une DEL.

Proposedesidéespouressayerd’atteindrel’objectifvisé,etillustretespropositionspardesschémasexplicatifs.N’hésitepasàt’inspirerdestravauxdeVoltaetdesapile(séance1). ......................................................................................................................................

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Séance 3D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?


Unepilefournitdu«courantélectrique»,de«l’énergieélectrique».Danscetteséance,tuvasdécouvrird’oùprovientcetteénergie.

B Je découvre


Comparons une pile neuve et une pile usagée

Retironsleplastiquequientoureunepilecylindriquedetypesaline,touteneuve.Lafiguref63.1montrecequel’onvoit:

Fig. f63.1

Une pile saline neuve

Lemétalgrisquel’onvoitestduzinc.C’estunmétalutiliséégalementdanslapiledeVolta.



Maintenant,retironsleplastiquequirecouvreunepilecylindriquesalineusagée.Lafiguref63.2montre,engrosplan,cequel’onvoit:

Fig. f63.2Une pile saline usagée (gros plan)

Onobservequelezincestpiquetéparendroitsd’unesortedepoudreblanche,etqu’ilestpercéd’untrou.

D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ?Onvientdevoirquedansunepileusagéelezincesttrèsabîmé.Unesubstanceblanches’estformée:leschimistesontmontréquecettesubstancecontientdesionszinc,deformulechimiqueZn2+.

Ils’estproduitdanslapileuneréaction chimique,aucoursdelaquelledesatomesdezincZnsesonttransformésenionszincZn2+.

Conclusion :

L’énergie électrique libérée par une pile provient d’une réaction chimique entre les matières qui constituent la pile. La consommation des réactifs entraîne l’usure de la pile.

Cebiland’énergieestreprésentéschématiquementsurlafiguref63.3.(Remarque:cebilanestincomplet,ilseraamélioréauparagraphe3).

fig. f63.3Bilan d’énergie d’une pile (bilan incomplet)

Puisque,dansunepile,unepartiedel’énergiechimiquedesréactifsesttransforméeenénergiechimique,onditqu’unepileestun«générateur électrochimique».



Remarques :

- Tuterappellesdesdéfinitionsconcernantuneréactionchimique:les«réactifs»sontlessubstancesquel’onfaitréagir,les«produits»sontlessubstancesquisesontforméeslorsdelaréaction.

- Lezincn’estpaslaseulematièreconsomméedansunepilesaline:ilyaégalementconsommationd’unesubstanceappeléedioxydedemanganèse,etaussid’ionshydrogèneH+.Dansunepileaucitron,ilyaconsommationdezincetd’ionshydrogèneH+ducitron.


La réaction chimique dans une pile produit-elle d’autres formes d’énergie que de l’énergie électrique ?

Expérience

Nousallonsfaireréagir(figuref63.4a)duzincavecunesolutiondesulfatedecuivre.Lezincestenpoudre,etnonenmorceau,defaçonàcequelecontactaveclasolutionsoitmaximal(commepourlaréactionentrelapoudredeferetl’acidechlorhydrique,voirlaséquence5).Onmesurelatempératureduliquideaumoyend’unthermomètre(unbouchonestplacésurlecapteurdetempératureafindebloquerleséchangesdechaleurentreleliquideetl’atmosphère):

fig. f63.4a

La transformation chimique entre du zinc et une solution de sulfate de cuivre

(en début de réaction)



Observations

Auboutdequelquesminutes,onobserveplusieursphénomènes(figuref63.4b):

1-latempérature s’élèvedeplusieursdegrés,dèsquelapoudredezincestverséedanslasolutiondesulfatedecuivre,

2-surledessusdelapoudredezinc(c’est-à-direaucontactdelasolution),unecouche de couleur rougeâtreseforme;cettecoucherougeatteintassezviteplusieursmillimètresd’épaisseur.

3-lasolutiondesulfatedecuivres’éclaircitnettementparrapportàsacouleurinitiale.

Fig. f63.4b

La transformation chimique entre du zinc et une solution de sulfate de cuivre En cours de réaction

Conclusion

Ils’estproduituneréactionchimiqueentrelezincetlasolutiondesulfatedecuivre,etcetteréactionchimiqueadégagédelachaleur,autrementditde l’énergie thermique.

Dansunepile,ilseproduitlemêmephénomène:laréactionchimiquequisedérouledanslapileproduitnonseulementdel’énergieélectrique,maisaussidel’énergiethermique.

Remarque :

Onpeutdirequel’énergiethermiqueainsiproduiteestdel’énergie«perdue».Eneffet,unepileestutiliséepourdonnerdel’énergieélectrique,paspourfournirdelachaleur!Malheureusementcetteproductiondechaleurestinévitable,etelleestd’autantplusfortequelapiledébiteuncourantdeforteintensité.



• Tudoisêtrecapablededécrireetdeschématiser(figuref63.4ci-dessus)l’expérienceentreunesolutiondesulfatedecuivreetdelapoudredezinc.

• Lesespèces chimiquesprésentesdansunepilecontiennentdel’énergie chimique.Lorsquelapilefonctionne,unepartiedecetteénergieestconvertieenénergie électriqueetenénergie thermique.

• Cebilanestrésumésurlafiguref63.5

fig. f63.5Le bilan complet d’énergie d’une pile

j e retiens

C Je vérifie mes connaissances

Exercice 3

Coche la case correspondant à la bonne réponse puis vérifie la correction.

Oui Non1- Enversantdelapoudredezincdansunesolution

desulfatedecuivre,lenombred’ionscuivreCu2+augmente-t-il?

® ®

2- Est-cequ’ilseproduituneaugmentationdetempératurelorsquel’onversedelapoudredezincdansunesolutiondesulfatedecuivre?

® ®

3- Unepileélectrochimiques’arrête-t-elledefonctionnerlorsquel’undesréactifsesttotalementconsommé? ® ®

4- L’énergiechimiqued’unepileélectrochimiqueenfonctionnementaugmente-t-elle? ® ®

5- Lesréactifsd’unepileélectrochimiquecontiennent-ilsdel’énergieélectrique? ® ®



Exercice 4Onverseunesolutiondesulfatedecuivredansdeuxbéchers a et b .

Danslebécher b ,onajoutedelapoudredezinc.

Onrelèvelatempératurequelquesminutesplustarddanslesdeuxbéchers.1-Quereprésenteledépôtrougeaufonddubécher b ?

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2-Lasolutiondanslebécher b s’estdécolorée,pourquoi?

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3-Quelletransformations’est-ilproduitedanslebécher b ?

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4-Lestempératuresdesdeuxbécherssont-ellesidentiques?Pourquoi?

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5-Quelestlerôledubécher a ?

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6-Aucoursdelatransformationchimique,quelleconversiond’énergieaeulieu?

......................................................................................................................................

Exercice 5Voicischématiséestroissituationsprochesdecelleétudiéedanscetteséance.

Pourchacuned’entreelles,commentesilapilepeutfournirunetensionauvoltmètre.

situation a : ......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................



situation b : ......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

......................................................................................................................................

situation c : ......................................................................................................................................

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......................................................................................................................................

D J’approfondis

Lesinformationsquisuiventnesontpasauprogrammedelaclassede3e.Tun’asdoncpasàlesapprendre.

À propos de la réaction chimique entre le zinc et la solution de sulfate de cuivre :

- lacolorationrougeâtrequiestapparuesurlezincestdueàlaformationdecuivremétallique,

- l’éclaircissementdelasolutionestdûàladisparitiond’ionscuivreII(deformulechimiqueCu2+)quisesonttransformésencuivre(deformuleCu).

- l’équationdelaréactionchimiqueentrelezincetlasolutiondesulfatedecuivreest:

Zn+Cu2+ Zn2++Cu



Séance 4Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs

que l’on trouve dans le commerce ? (première partie)


je sais déjàTulesais,ilexistedanslecommercedespilesdetoutesformesetdetoutestailles.

Tusaisaussiqu’ilexistedifférentestechnologies:pilessalines,pilesalcalines...

Ilexisteaussidespilesdites«rechargeables»:cetteexpressionn’estpasscientifiquementcorrecte,ilfautlesappelerdes«accumulateurs».

Les«batteries»(devoiture,decaméscope...)sontdestypesparticuliersd’accumulateurs;souvent,danslaviecourante,onemploielemot«batterie»commesynonyme«d’accumulateur».

Enfin,tusaisqu’ilnefautpasjeterlespilesetaccumulateursdanslapoubelleordinaire:onlesrécupère,envuedelesrecycler.

ce que je vais apprendre dans cette séanceDanscetteséanceetdanslasuivante,tuvasapprofondirtesconnaissancesconcernantlespilesetaccumulateursducommerce.

B Je découvre

Étude de document n° 1

Des piles de différentes formes et de différentes tailles

Exercice 6 Réponds aux questions suivantes :

1-Réflexion.Quelest,àtonavis,l’intérêtdedisposerdepilesdetoutesformesetdetoutestailles?

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2- SituasunaccèsàInternet,cherchequelestl’avantagequelespilesalcalinesontsurlespilessalines?Sinonregardelecorrigé.

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3-Recherchederenseignementssurdifférentespilesducommerce:

Nom commercial ou commun

Autre nom commercial Tension (V) Forme Dimensions

(mm)

Un exemple d’appareil utilisant ce

type de piles

AAA LR3

AA LR6

C LR14

D LR20

9volts 6LR61

plate4,5volts 3LR12

4-Recherchederenseignementssurlespiles«boutons»:

Trouvedeuxmodèlesdepiles«boutons»etremplisletableau:

Nom commercial ou commun

Tension (V) Forme Dimensions (mm)

Appareils utilisant ce type

de piles

bouton

bouton

En résumé, lis le paragraphe « je retiens » qui se trouve après l’étude du document 2 suivant.




Des piles de différentes technologiesQu’y a-t-il à l’intérieur d’une pile cylindrique saline ?

Exercice 7Étudieledocumentsuivant«Àl’intérieurd’unepilecylindriquesaline»puisfaislacomparaisonentrelapileaucitronetlapilecylindriquesalinedeLeclanché,etrempliscetableau:

matière active constituant la borne

positive

matière active constituant la borne

négative

solution aqueuse ionique

pileaucitron

piledeLeclanché

À l’intérieur d’une pile cylindrique saline

Lafiguref64.1représente,encoupe,lesconstituantsessentielsd’unepilecylindriquesaline:

Fig. f64.1Vue en coupe d’une pile cylindrique saline

Enallantdel’intérieurversl’extérieur,ontrouvedanscettepile:- latigecentraleencarbone(noire),- unmélangenoirâtredepoudredecarboneetdedioxydedemanganèse,- unesolutionioniquegélifiéetransparente(appeléeaussi«électrolyte»),- lecylindreextérieurenzinc,gris.



Les«substancesactives»,cellesquiproduisentl’énergieélectriquelorsqu’ellessetransformentchimiquement,sont:ledioxydedemanganèse,etlezinc.

Latigecentraleencarboneneréagitpaschimiquement:elleestjustelàpourconduirelesélectrons.Ilenestdemêmedelapoudredecarbonequiestmélangéeaudioxydedemanganèse.Quantàlasolutionionique(dontonavu,àproposdelapiledeVolta,qu’elleestindispensabledanstoutepile),elleestgélifiéepournepascouler.

CettepileaétéinventéeparleFrançaisGeorgesLeclanchéen1866.

Qu’y a-t-il à l’intérieur d’une pile cylindrique alcaline ?

Exercice 8

Recherchedansundictionnaireouuneencyclopédie:

L’électrolyte(c’est-à-direlasolutionionique)d’unepilealcalineest«alcalin».Queveutdirecetadjectif?

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•L’intérêtmajeurdespilesestqu’ellespermettentd’alimenterdesappareilsélectriques,sansavoiràlesbrancheràlaprise.Ainsicesappareilssont«autonomes»:onpeutlesdéplacerlibrement.

• Ilexistedespilesdedifférentesformes:cylindrique,plate,rectangulaire,bouton.Deplus,ellesexistentendifférentestailles.Ainsi,onpeutalimenterdesappareilsquieux-mêmessontdeformesetdetaillesdiversesetvariées.

•Laprincipalecaractéristiqued’unepile,c’estsatension électrique.Celle-cin’estpasliéeàlaformeouàlatailledelapile:ainsiilexistedegrossespilescylindriquesdontlatensionvautseulement1,5V,alorsquecertainespilesboutonontunetensionde3V.

j e retiens

C Je vérifie mes connaissances

Exercice 9

Onavuqu’ilexistedespilesalcalinesetdespilessalines.

Onatestélesduréesd’utilisationdecesdeuxtypesdepilesenlesconnectantàdeuxlampesidentiques,c’est-à-direprésentantlesmêmesconditionsnominales.

Aucoursdeleurfonctionnement,lestensionsauxbornesdecespilesontétérelevéesetrassembléessurlemêmegraphique(figuree64.3a).



Fig. e64.3a

Tensions aux bornes d’une pile alcaline et d’une pile saline en fonction de leur durée d’utilisation

1-Quevalentlestensionsauxbornesdechaquepileendébutd’expérience?

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2-Quelleestladuréed’utilisationdelapliesalinequandsatensionvaut1,1V?

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3-Quevautlatensionauxbornesdelapilealcalinequandelleaétéutilisée500heures.

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4-Leslampess’allumentsileurstensionsrestentsupérieuresà1V.Pendantcombiendetempschaquelampeseraenmesuredebriller?

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D J’approfondis

Les accumulateurs

je sais déjàTuasvudanslaséance3cettepropriététrèsimportante:

L’énergieélectriquelibéréeparunepileprovientd’uneréactionchimiqueentrelesmatièresquiconstituentlapile.

Commetouteslesréactionschimiques,nouspouvonsécrirecellequiseproduitdansunepilesouslaforme:

La différence entre une pile et un accumulateur

Dansunepile(nonrechargeable)laréactionchimiquenepeutseproduirequedansunseulsens:

Lorsquecetteréactionchimiqueseproduit,del’énergieélectriqueestlibérée,etlapilese décharge.Quandtouslesréactifssonttransformésenproduits,lapileestusée.Iln’estpaspossibledelarecharger,cariln’existeaucunetechniquesimplepermettantde«régénérer»,autrementditdereconstituerlesréactifs.

Dansunaccumulateur(rechargeable),leschosessontdifférentes:ilestpossiblederéaliserlaréactionchimiqueinverse(2surlafigureci-dessous),enenvoyantducourantélectriquedansl’accumulateur,aumoyend’un«chargeur»:

Lorsquelaréactionsedérouledanslesens2,onditquel’accumulateurse recharge.

Bilans d’énergie pour une batterie

Lebiland’énergied’unebatterie,lorsdeladécharge,estexactementlemêmequeceluid’unepilenonrechargeable(figuref64.2):

Fig. f64.2Le bilan d’énergie lors de la décharge d’une batterie



Lebiland’énergielorsdelarecharges’écrit(figuref64.3):

Fig. f64.3Le bilan d’énergie lors de la recharge d’une batterie

Ainsiquel’indiquelafiguref64.3,quandonrechargelabatterie,ilyaégalementproductiond’énergiethermique,commependantladécharge.C’estfacileàconstaterenmettantlamainsurunebatterieencoursderecharge:elleesttiède.



Séance 5Quels sont les différents types de piles et d’accumulateurs

que l’on trouve dans le commerce ? (deuxième partie)


Danscetteséance,pourcommencer,tuvasapprendrecequ’estunepileàcombustible,sesavantagesetsesinconvénients.

Ensuite,tuaborderaslerecyclagedespilesetdesaccumulateurs.

B Je découvre


Lis attentivement le texte ci-dessous, puis fais l’exercice.

Un autre type de piles : les « piles à combustible »

Les piles à combustible

• Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?

Toutcommeunepileclassique,unepileàcombustibleproduitdel’énergieélectriqueàpartirdel’énergiechimiquedesréactifsqu’elleconsomme.

Maisdansunepileclassique,lesréactifssetrouventàl’intérieurmêmedelapile,tandisquedansunepileàcombustiblelesréactifssont stockés à l’extérieur,etonlesfaitentreraufuretàmesuredesbesoinsdeproductiond’énergieélectrique.

• Un exemple de pile à combustible : la « pile H2 – O2 »

Lapileàcombustiblelaplusutiliséeestcellequiutilisecommeréactifsdeuxgaz:ledihydrogèneetledioxygène.LaformulechimiquedudihydrogèneétantH2etcelledudioxygèneétantO2,cettepileestappelée«pileH2–O2».

Latransformationchimiquequiseproduitdanslapile,etquilibèrel’énergieélectrique,est:

dihydrogène+dioxygène eau

La«pileH2–O2»aétédéveloppée,etesttoujoursutilisée,pourlesvolsspatiaux.Onétudiemaintenantlapossibilitéd’alimenterégalementdesvoituresetautresvéhiculesélectriquesterrestres.

• Avantages et inconvénients de la « pile H2 – O2 »

Avantages :

- LespilesH2–O2nedégagentquedel’eau,doncaucunproduitpolluant,nidedioxydedecarbone(impliquédansleréchauffementclimatique).

- Undescombustiblesestledioxygène,qu’ilestassezfaciled’extrairedel’air(tutesouviensquel’airestconstituéde78%dediazoteetde21%dedioxygène).



Inconvénients :

- L’autrecombustibleestledihydrogène.Onpeutl’obtenirassezfacilement,enfaisantpasserducourantélectriquedansl’eau(tuleverrasdanslaséquence7,séance4),maiscelacoûtecherenénergie.

- Latransformationchimiquequiseproduitdanslapile(dihydrogène+dioxygène eau)nécessite,pourbiensefaire,laprésenced’unesubstanceappelée«platine»,quiestextrêmementchère.

Exercice 10 1-Quelleestladifférenceprincipaleentreunepileàcombustibleetunepileclassique?

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2-Quelleestlatransformationchimiquequiseproduitdansunepileàcombustible«H2–O2»?

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3-Citeunavantageetdeuxinconvénientsdelapile«H2–O2».

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Lis attentivement le texte ci-dessous, puis fais l’exercice.

Le recyclage des piles et des accumulateursParmitouslestypesdepilesetaccumulateursexistantdanslecommerce,beaucoupcontiennentdessubstancesdangereuses:parexempleducadmium(trèstoxique),dumercure(trèstoxique),dulithium(inflammable,corrosif),del’acidesulfurique(corrosif),duchlorured’ammonium(nocif),dudioxydedemanganèse(nocif),duchloruredezinc(corrosif),etc.

Ilestévidemmentinterditd’abandonnerouderejeterdanslemilieunatureldespilesoudesaccumulateurs,oudesappareilsencontenantcar,avecleruissellementdeseauxdepluie,cessubstancestoxiquesserépandraientdansl’environnement,etnotammentdanslesnappesphréatiques.

Ilnefautpasnonpluslesmettredansunepoubelleordinaire.Eneffetunepartiedesdéchetsordinairesfinitdansunedécharge,confrontéeauproblèmedeseauxdepluie.Etlerestefinitdansunincinérateur:orlacombustiondespilesetaccumulateursproduitdesmatièresnouvelles,parfoistrèstoxiques,quel’onretrouveradanslescendreslourdes(appelés«mâchefers»)ainsiquedanslescendreslégères,etdanslesgaz.

Quedoitfairealorschaquecitoyendespilesetaccumulateursusagés?C’estfacile:ilfautlesdéposerdansdesbacsdecollectequileursontréservés,etquel’ontrouvefacilement.Eneffet,enFrance,ledécret99-374du12mai1999imposelareprisegratuitedespilesetaccumulateursparlesmagasinsquienvendent(grandessurfaces,supérettes,magasinsaudio-photo-vidéo,bijoutiers,etc.).Onpeutaussilesdéposerdanslesdéchèteries.Quantauxbatteriesdevoitures(quisontdesaccumulateurs),lesgaragisteslesreprennent.



Unefoiscollectés,lespilesetaccumulateurssontenvoyésdansdescentresdetri.Là,onlesclassepartype(pilesalcalines,salines,àl’oxyded’argent,aulithium...accumulateursauplomb,aucadmium-nickel,aunickel-métal-hydrure,aulithium-ion...).

Ensuite,lespilesetaccumulateurssontenvoyésdansdescentresdetraitement,oùilssontbroyéspuissubissent,selonleurtype,untraitementchimiqueouthermiqueapproprié.L’objectifestderécupérerdessubstanceschimiquessuffisammentpurespourpouvoirlesréutiliser,notammentpourrefairedenouvellespilesetaccumulateurs.

Exercice 11 1-Quedoitfairechaquecitoyend’unepileoud’unaccumulateurusagé?

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2-Pourquoinefaut-ilpasincinérerlespilesouaccumulateurs?

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3-Quellessontlesdeuxétapesdurecyclagedespilesetaccumulateurs?

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Physiques -Sequence-06.pdf - f2.quomodo.comf2.quomodo.com/0DC3D9A1/uploads/283/Physiques -Sequence-06.pdf · Alessandro Volta est professeur de physique, et travaille notamment sur