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  • Publié le : 14 mars 2010
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TPE

La pile électrique

La problématique posée pour ce TPE, est «  Comment fonctionne une pile électrique ? »

PLAN :

-Introduction
+ schéma d’une pile type expérience (Daniell)

I) TRANSFERT SPONTANÉ D’ÉLECTRONS
I.1. Transfert spontané indirect
I.2. Transfert spontané direct

II) CONSTITUTION D’UNE PILE
II.1. Définition d’une pile
II.2. Lescomposants d’une pile+ exemples de pile

III) FONCTIONNEMENT D’UNE PILE (Etudes qualitatives)
III.1. Réactions aux électrodes
III.2. Polarité et sens de circulation des électrons
III.3. Mouvement des porteurs de charges
III.4. Réaction globale
III.5. Représentation formelle d’une pile

IV) ÉTUDE QUANTITATIVE D’UNE PILE
IV.1. Intensité du courant débité par la pile
IV.2. Bilan de matière
IV.3.Quantité d’électricité maximale débitée par la pile
IV.4 Force électro motrice
IV.5. Equation de Nernst

V) CONCLUSION

-INTRODUCTION

Il existe des objets archéologiques ressemblant à des piles. C'est par exemple le cas de la pile électrique de Bagdad qui est datée entre 250 av. J.-C. et 250. L'hypothèse faisant de ces objets des piles électriques, bien que plausible, reste cependant nonprouvée et est donc controversée. Il n'existe par ailleurs aucun lien historique entre ces objets et le développement des piles contemporaines.
En 1786, Luigi Galvani observe que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent quand elle est mise en contact avec des métaux, de la même manière que lorsqu'on la branche sur une machine électrostatique. Il découvre que la réaction est plusforte quand il utilise un instrument composé de deux métaux différents.
En opposition avec les travaux de Galvani (électricité d'origine animale), Alessandro Volta invente la première pile à colonne le 17 mars 1800[] ; ces premiers systèmes étaient constitués d'un « empilement » de disques de deux métaux différents séparés par des disques de feutre, imbibésd'acide, d'où le nom de l'invention. La pression de la colonne sur les disques du bas provoque un assèchement des cylindres de feutre qui finissent par ne plus remplir leur office. Volta invente donc rapidement la pile à couronne, constituée d'empilements plus petits montés en série.
Quelques mois après l'invention de Volta, deux chimistes britanniques, William Nicholson (1753-1815) et AnthonyCarlisle (1768-1840) utilisent la pile de Volta pour réaliser la première électrolyse artificielle (électrolyse de l'eau) le 2 mai 1800.
Dès 1802, William Cruikshank crée la pile à auge en disposant verticalement les lames de zinc et de cuivre dans un bac à parois isolantes rempli d'eau acidulée. Elle est beaucoup plus simple à produire que la pile de Volta.
Aujourd’hui la pile se vend parmilliards , et c’est la façon la plus pratique(en plus du chargeur) d’alimenter un circuit électrique qui compose nos objets électroniques les plus banales (montres , réveil, téléphone, etc…)

Schématisation de l’expérience d’une pile dite de « Daniell »

Expérience :

Dans un bécher,
[pic] D’ une solution de sulfate de cuivre (II) de concentration en soluté apporté [pic] ;
[pic] D’ unesolution de sulfate de zinc (II) de concentration en soluté apporté [pic] 
On plonge une lame de zinc dans la solution de sulfate de zinc et une lame de cuivre dans la solution de cuivre.
On mesure la tension U avec un voltmètre, puis l’intensité I avec un ampèremètre.

Schématisation :

Observations :

- Dépôts sur la lame de cuivre.
- Apparition d’une tension et d’une intensité.
-Couples intervenants : [pic] [pic] (x 1)
[pic] [pic] (x -1)

[pic]
Conséquence :
Il y a une transformation chimique dans cette expérience au transfert indirect d’électrons .

Explications 

I) TRANSFERT SPONTANÉ D’ÉLECTRONS

Transfert spontané indirect d’électrons

Les couples oxydant/réducteur sont séparés et...
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