Générateur de tension et courant électrique - Insight

Générateur de tension et courant électrique
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2
4
6
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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
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