Générateur de tension et courant électrique - Insight
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Générateur de tension et courant électrique - Insight
Générateur de tension et courant électrique 0 2 4 6 8 10 V Refoulement d ’électrons libérés par le zinc Aspiration d ’électrons par les ions hydrogène de l ’eau. CUIVRE ZINC Eau salée ou acidulée Zn+++ 2O->ZnO2 2H++ ->H2 Pôle négatif : surpression d ’électron La pile de Volta Tension 0 2 = Différence de potentiel 4 V 6 8 10 Pôle positif : dépression d ’électrons Fil conducteur Le courant électrique continu d ’électrons entre les deux pôles du générateur de tension est semblable à une cascade entre deux niveaux d ’eau d ’un fleuve. L ’électrophore permet d ’accumuler une charge électrique mais elle est déchargée en un temps très bref sous la forme d ’une étincelle puis le potentiel revient à zéro. Il faut recharger l ’électrophore à nouveau. Il n ’y a pas de déplacement d ’électrons de façon continue. C ’est en 1800 qu ’Alessandro Volta mit au point le premier générateur de tension qui produit spontanément de l ’électricité de façon continue par réaction chimique. Cette première pile électrique était constituée d ’un empilement de disques de cuivre et de zinc espacés par des feutres imbibés d ’eau salée. On peut réaliser très simplement un élément de pile Volta en trempant dans de l ’eau acidulée une lame de zinc et une lame de cuivre. On peut mesurer entre les deux métaux, appelés électrodes, une différence de potentiel de 1 Volt. Ce dispositif entretient de façon permanente une tension entre deux pôles : une surpression d ’électrons au pôle négatif et une dépression d ’électrons au pôle positif. C ’est un générateur de tension. Il permet d ’obtenir de façon permanente un déplacement d ’électrons en reliant l ’électrode négative à l ’électrode positive par un fil conducteur. On observe alors un courant électrique continu. Le générateur de tension est analogue à une pompe à électrons : il les aspire sur le pôle positif pour les refouler sur le pôle négatif. Le courant électrique est un déplacement simultané de toutes les charges libres sur l ’ensemble du circuit : d ’abord des électrons dans la lame de zinc, puis tout au long du fil conducteur qui relie les deux pôles de la pile puis dans la lame de cuivre, enfin dans l ’eau ce sont des atomes ionisés qui se déplacent (c ’est-à dire des atomes avec des électrons en excès pour les ions OH- et en défaut pour les ions H+). Chaque fois qu’un électron quitte le pôle moins de la pile il est remplacé par un nouvel électron fourni par le générateur. Dans un générateur de tension idéal, la pression reste constante : la différence de potentiel entre ses bornes ne varie pas. On peut se demander combien d ’électrons quittent ainsi au cours du temps le pôle négatif de la pile, autrement dit quel est le débit de ce courant et de quoi dépend-il ? Je suis un générateur de tension. Je fonctionne comme une pompe à électrons : je les aspire du côté positif pour les refouler 2012 du côté négatif. L ’atome de zinc s ’oxyde plus facilement que le cuivre. Pour cela il cherche à abandonner ses deux électrons périphériques pour s ’associer avec des atomes d ’oxygène libérés par l ’eau. Cette réaction chimique crée un déséquilibre : il y a une pression d ’électrons du côté du zinc et une aspiration d ’électrons du côté du cuivre, où apparaît, sous forme de bulles, l’hydrogène en provenance des molécules d ’eau qui ont été dissociées. Le courant s ’entretient en consommant de l ’énergie chimique : peu à peu le zinc est transformé en s ’oxydant (en fait la réaction est vite freinée par les bulles d ’hydrogène qui isolent le cuivre de l ’eau : il a fallu perfectionner, c ’est ce que fit John Daniell en 1836). Les piles modernes fonctionnent sur un principe analogue. Les accumulateurs, ou batteries, permettent de reconstituer le potentiel chimique en faisant circuler un courant électrique en sens inverse. On peut enfin convertir des mouvements mécaniques en électricité en déplaçant un champ magnétique devant des conducteurs : on réalise ainsi des dynamos et alternateurs. Je consomme de l ’énergie pour faire ce travail ! Électricité de base - J.L.Berger - www.insight-mediations.com 7