ARTheque - STEF - ENS Cachan | Générateurs : Principes des Piles et des Accumulateurs.

GÉNÉRATEURS : PRINCIPES DES PILES ET DES ACCUMULATEURS

On se p l a i n t v o l o n t i e r s de l ' a m p l e u r des pro-g r a m m e s . Il a r r i v e a u s s i que le p r o f e s s e u r , s u r t o u t s'il a r é u n i u n e i m p o r t a n t e d o c u m e n t a t i o n , hésite à r é d u i r e une q u e s t i o n a u x seuls a s p e c t s que ces p r o g r a m m e s p o u r r a i e n t s u g g é r e r . N o m b r e u x s o n t les d é b u t a n t s qui c è d e n t à la t e n t a t i o n de t o u t dire. L a leçon sur les piles et les a c c u m u l a t e u r s se propose e s s e n t i e l l e m e n t de m o n t r e r q u ' u n g é n é r a -t e u r es-t u n -t r a n s f o r m a -t e u r d'énergie , soi-t qu'ii consomme, p a r exemple, de l ' é n e r g i e chimique, soit qu'il r e s t i t u e de l ' é n e r g i e é l e c t r i q ue p r é c é d e m m e n t a c c u m u l é e . Elle se l i m i t e r a donc a u p r i n c i p e de ces a p p a r e i l s . L ' é t u d e des d i f f é r e n t s types, qui f u t t r o p s o u v e n t u n e e n n u y e u s e n o m e n c l a t u r e , s e r a a b a n -d o n n é e s a n s r e g r e t ; -des p r o b l è m e s p l u s i n t é r e s s a n t s ( c a p a c i t é d ' u n é l é m ent, f o r m a t i o n et c h a r g e d ' u n a c c u m u l a t e u r . . . ) s e r o n t é g a l e m e n t é c a r t é s . L a n o t i o n de f. e. m. est m i s e en évidence p a r des m e s u r e s . Il est c l a i r e m e n t m o n t r é , d ' a u t r e p a r t , que les c i r c u i t s é l e c t r i q u e s se f e r m e n t à l ' i n t é r i e u r des g é n é r a t e u r s ; il s e r a donc facile, si l'on v e u t g é n é r a l i s e r la loi d'Ohm , de d o n n e r la n o t i o n de r é s i s t a n c e i n t é r i e u r e . E x t r a i t e , a v e c quelque s simplifications, d ' u n c o u r s f a i t a u x élèves de d e u x i è m e a n n é e d ' u n e Ecole de M é t i e r s , la leçon s u i v a n t e r e p r é s e n t e la m a t i è r e -de d e u x s é a n c e s d ' u n e h e u r e et s e m b l e devoir conveni r à la p l u p a r t des c e n t r e s . Avec des élèves p l u s faibles , o n se c o n t e n t e r a des e x p é r i e n c e s 2 et 3, l ' e x p l i c a t i on des p h é n o m è n e s c h i m i q u e s pou-v a n t d ' a i l l e u r s ê t r e simplifiée. C'es t a i n s i que le simple e x a m e n des é l é m e n t s r o n g é s d ' u n e pile sèche usée p e u t f a i r e c o m p r e n d r e le rôle du zinc.

Ce qui importe surtout, c'est le développement de la culture. Il e x i g e l'enseignement expérimental. E n c o r e f a u t - i l que l ' e x p é r i e n c e soit b i e n utilisée, ses d i f f é r e n t e s p h a s e s : o b s e r v a t i o n , explication, conclusion, é t a n t n e t t e m e n t d é t a c h é e s ; et que le p r o f e s s e u r s ' i m p o s e — pour l'exiger e n s u i t e de ses élèves — le l a n g a g e r i g o u r e u x d e s disciplines scien-tifiques.

On s a i t que la t r a n s f o r m a t i o n de l ' é n e r g i e chi-m i q u e en é n e r g i e éle'ctrique est t o u j o u r s l ' o b j e t de r e c h e r c h e s : ainsi, la solution encor e g r o s s i è r e du p r o b l è m e de l ' a c c u m u l a t e u r (concilier c a p a c i t é ét l é g è r e t é ) s'oppose a u d é v e l o p p e m e n t de la t r a c t i o n électrique. C e t t e r e m a r q u e , qui s o u l i g n e la liaison

de la science a v e c la t e c h n i q u e et qui les p r é s e n t e sous leur a s p e c t v i v a n t , d y n a m i q u e , p o u r r o n t s e r v i r de conclusion à c e t t e étude. P R I N C I P E D E S P I L E S I. — R E A L I S A T I O N D ' U N E P I L E E X P E R I E N C E : F a i s o n s le m o n t a g e de la figure 1 ( c o n n e x i o n s p a r p i n c e s crocodile ; l a m e s t e n u e s à la m a i n ) .

1° A v e c deux lames symétriques ( d e u x cuivre ou d e u x z i n c) : le v o l t m è t r e n e dévie p a s ; 2° A v e c deux l a m e s dissymétriques. a) Cuivre et zinc Le v o l t m è t r e dévie. Modifions l ' é c a r t e m e n t des l a m e s et la s u r f a c e i m m e r g é e : la d é v i a t i o n ne c h a n g e p a s . b) C h a r b o n et z i n c L e v o l t m è t r e dévie : M ê m e c o n s t a t a t i o n .

C O N C L U S I O N S : L'appareil constitué par deux

électrodes dissymétriques plongeant dans un

électrolyte est un générateur de courant. La

f . e. m . dépend de la nature des conducteurs ; elle est indépendante de l'écartement et des di-mensions des électrodes.

Xi. _ F O N C T I O N N E M E N T

E X P E R I E N C E : R é a l i s o n s le m o n t a g e de la figure 2 1° F e r m o n s le c i r c u i t : U n c o u r a n t s ' é t a b l i t a l l a n t du cuivre a u zinc à l ' e x t é r i e u r d e la pile ; des bulles g a z e u s e s a p p a r a i s s e n t sur le cuivre (si possible, p r o j e t e r sur u n é c r a n ) . Expliquons : L e c o u r a n t é l e c t r i q ue se f e r m e à l ' i n t é r i e u r de la pile e n a l l a n t du z i n c a u cuivre. N o u s s o m m e s en p r é s e n c e d ' u n e électrolyse : Sens du c o u r a n t Zn > Cu (anode) (cathode ) S O4 _{SO< | ff H}2 S O1 _{+ Zn ^ S O}4 _Zn

Concluons. — La production d'énergie électrique est liée à des réactions chimiques. La pile consomme du zinc et de l'acide.

2° Observons que l ' i n t e n s i t é d i m i n u e d e p u i s le d é b u t de l ' e x p é r i e n c e et t e n d à s ' a n n u l e r . N o u s v o y o n s de p e t i t e s bulles d ' h y d r o g è n e sur les plaques, on dit que la pile se polarise.

E n l e v o n s les bulles d ' h y d r o g è n e ( e s s u y e r ou, m i e u x , p a s s e r la p l a q u e de cuivre d a n s la flamme d ' u n b r û l e u r ) : l ' i n t e n s i t é r e p r e n d sa v a l e u r pri-mitive. L a pile est dépolarisée.

Concluons. — C'est l'hydrogène produit par l'élec-lyse qui polarise la pile. Pour assurer un fonc-tionnement régulier, il faut enlever l'hydrogène à mesure qu'il se forme.

L a d é p o l a r i s a t i o n m é c a n i q u e est-elle c o m m o d e ? P r a t i q u e m e n t , on utilise u n o x y d a n t appelé dépo-l a r i s a n t . de l'oxyde p u c e et la c a t h o d e la t e i n t e b l e u t é e du p l o m b r é d u i t . Expliquons (1) : S e n s du c o u r a n t P b O >. P b O ( a n o d e ) ( c a t h o d e ) SO4 _SO4 _{| H}2 _H2 S 04_{+ H}2_{0 _>. S 0}4_H2_{+ O P b O + H}2 _{P b + HPO} P b O + O _v PbO2 _{' =}

3° Plaçon s l'inverseur dans la position 1. L e

S o L u t ï o n d ' o x ù i e SuLfurique a u - ^ A o " "

acide

s u l f u r i q v e a d w -Fig. 1 Fig. 2 I I I . C O N S T I T U T I O N D ' U N E P I L E U n liquide e x c i t a t e u r , U n e électrode positive, U n e électrode n é g a t i v e , U n d é p o l a r i s a n t . P R I N C I P E D E S A C C U M U L A T E U R S N o u s a v o n s c o n s t i t u é u n g é n é r a t e u r en plon-g e a n t d a n s u n é l e c t r o l y t e d e u x l a m e s de n a t u r e d i f f é r e n t e . L a d i s s y m é t r i e p e u t ê t r e o b t e n u e diffé-r e m m e n t . E X P E R I E N C E : R é a l i s o n s le m o n t a g e de la figure 3, a p r è s avoir observé que les l a m e s sont i d e n t i q u e s et constituées p a r du plomb r e c o u v e r t d'oxyde (observer u n e c o u p u r e f r a î c h e ) .

1° P l a ç o n s l ' i n v e r s e u r d a n s la positio n 1 : L e g a l v a n o m è t r e n e dévie p a s ( c o m m e n o u s pouvion s le p r é v o i r ) ;

2° Plaçons l'inverseur dans la position 2. Suivons le c i r c u i t ; n o t o n s le s e n s du c o u r a n t ( g a l v a -n o m è t r e et cuve). A p r è s q u e l q u e s m i -n u t e s , obser-vons les l a m e s : l'anode a p r i s la t e i n t e r o u g e â t r e

Fig. 3

g a l v a n o m è t r e dévie et en sens inverse. P o u v i o n s -n o u s le p r é v o i r ? P u i s le c o u r a -n t s ' a f f a i b l i t et dis-p a r a î t t a n d i s que les l a m e s r e dis-p r e n n e n t , à dis-peu dis-p r è s , leur a s p e c t p r i m i t i f . Expliquons PbO2 ( c a t h o d e ) H2 P b 02 _{+ H}2 S e n s du c o u r a n t -< _{P b} ( a n o d e ) _ > H2 _{| SO}4 _{_ v SO}4 P b O + Hs_{O S 0}4 _{+ H}2_{0 S 0}!_H2_{+ 0} 5=7? P b + 0 _ > - P b O

( 1 ) C e t l e théorie répond à toutes les observations de l'expérience 3. O

Par suite d'impossibilité technique, les formules de cet article auprès de nos lecteurs.

C O N C L U S I O N S : Pendant la charge, l'accumulateur est un récepteur qui absorbe de l'énergie élec-trique et la transforme en énergie chimique.

Pendant la décharge, c'est un générateur qui effectue la transformation inverse.

V. R A T E A U ,

Inspecteur de l'Enseignement Technique (Sciences)

Académie de Paris. n peut indiquer qu'elle n'explique pas tous les phénomènes.

comportent des exposants au lieu d'indices. Nous nous en excusons