2 nd 1 Enseignement d exploration 2 nd 2 Thème 3 Les enjeux énergétiques comtemporains Problématique générale: Comment produire un courant électrique simplement et sans danger? Document d introduction : En 1786, Luigi Galvani observe que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent lorsqu 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 plus forte 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, imbibés d'acide, d'où le nom de l'invention. Quelques mois après l'invention de Volta, deux chimistes britanniques, William Nicholson (1753 1815) et Anthony Carlisle (1768 1840) utilisent la pile de Volta pour réaliser la première électrolyse artificielle (électrolyse de l'eau) le 2 mai 1800. Dès 1802, William Cruickshank 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.
Sommaire : - Réalisation de pile aux agrumes - pile au citron - pile au pamplemousse - pile à l orange - Expérience de la pile Daniell 1.- La batterie au citron un citron une lame de cuivre une lame de zinc un voltmètre deux câbles avec des pinces crocodiles Explications : Insérez les deux lames de métal dans le citron, en faisant attention à ce qu elles ne se touchent pas entre elles. En utilisant le voltmètre, mesurez la tension produite entre les deux lames. Comment fonctionne cette batterie? L atome de cuivre (Cu) attire plus les électrons que l atome de Zinc (Zn). Si l on place une pièce de cuivre en contact avec une pièce de zinc, de nombreux électrons vont passer du zinc vers le cuivre. Comme ils se concentrent dans le cuivre, les électrons se repoussent les uns les autres. Quand les forces de répulsion entre les électrons et les forces d attraction des électrons du cuivre sont égales, la migration d électrons s arrête. Comme solution conductrice, on peut utiliser n importe quel électrolyte, que ce soit un acide, une base, ou une solution saline. La batterie au citron fonctionne bien parce que le jus de citron est acide. Vous pouvez donc faire des batteries avec n importe quel fruit ou légume de votre choix. Comme pour n importe quelle batterie, aussi la batterie au citron a une durée de vie limitée. Les électrodes subissent des réactions de polarisation qui bloquent la production d électricité. La force électromotrice (tension produite par la batterie) diminue et la batterie arrête de fonctionner. En général, ce qui a lieu est la production d hydrogène sur l électrode de cuivre et un dépôt d oxyde apparaît sur la lame de zinc, mettant ainsi une barrière entre le zinc et l électrolyte.
Autre expérience réalisée : Voir site suivant : http://www.je comprends enfin.fr/index.php?/experiences/une pile au citron/id menu 23.html On peut voir cette expérience suite a cette vidéo : http://www.youtube.com/watch?v=wrhwoxng9xi Matériaux pour fabriquer une pile avec un citron : Pour fabriquer une pile avec du citron, vous aurez besoin d'un petit peu de matériel : un citron, 2 lamelles de zinc (ou deux petits morceaux de gouttière) et 2 lamelles de cuivre (ou du fil électrique rigide en cuivre), un voltmètre, du fil électrique de petit diamètre (3morceaux de 10 cm et en dénuder les extrémités), et enfin, des étiquettes autocollantes. Comment faire une pile avec un citron? Coupez votre citron en deux. Dans chaque moitié du citron, enfoncez une lamelle de zinc, et une lamelle de cuivre. Reliez la lamelle de zinc de la première moitié à la lamelle en cuivre de la seconde moitié par un fil électrique. Puis, le fil partant de la lamelle de cuivre de la première moitié au pôle plus de la calculatrice et le fil partant de la lamelle de zinc de la seconde moitié au pôle moins. Une fois le circuit fermé, le voltmètre mesure un courant électrique. La mesure était de l ordre de 0.09 V Que se passe t il dans ce montage? Au moment du branchement final, il y a un mouvement d'ensemble de toutes petites particules que l'on appelle les électrons qui se déplacent dans le fil électrique en cuivre. Mais pour que ces électrons circulent, il faut impérativement que le circuit soit fermé. Dans la pile, la partie " zinc jus du citron " produit des électrons et l'autre partie " cuivre jus de citron " prend ces électrons. A l'intérieur du citron, le jus permet le transport d'électrons autrement dit de charges électriques dont la circulation constitue le courant électrique. Dans ce montage, vous avez mis 2 piles bout à bout (en série) pour obtenir une " force suffisante " pour que la calculette marche. Conclusion : Le jus de citron permet le transport du courant électrique ce qui amène à la formation d une pile électrique.
2.- Pile au pamplemousse un pamplemousse une lame de cuivre une lame de zinc un voltmètre deux câbles avec des pinces crocodiles Voici le schéma du montage : Observation : On observe une tension au voltmètre (faible). 3.- Pile a l orange une orange un fil de cuivre une vis d'acier zingué un voltmètre deux câbles avec des pinces crocodiles, Explications : Insérez les deux lames de métal dans l orange, en faisant attention à ce qu elles ne se touchent pas entre elles. En utilisant le voltmètre, mesurez la différence de tension produite entre les deux lames. Comment fonctionne cette batterie? Comme pour n importe quelle batterie, aussi la batterie a l orange à une durée de vie limitée. Les électrodes subissent des réactions de polarisation qui bloquent la production d électricité. La force électromotrice (tension produite par la batterie) diminue et la batterie arrête de fonctionner. En général,
ce qui a lieu est la production d hydrogène sur l électrode de cuivre et un dépôt d oxyde apparaît sur la lame de zinc, mettant ainsi une barrière entre le zinc et l électrolyte. Lien pour l'énergie a l'orange : http://www.youtube.com/watch?v=j_zohuykpi4 4.- Expérience d une pile Daniell 2 béchers - des fils - de la solution de zinc 2+ - de la solution de cuivre 2+ - une plaque de cuivre - une plaque de zinc - une calculatrice - un ampèremètre - un pont salin de chlorure de potassium (KCl)
- un clou - 4 pinces crocodiles Explication : Mettre dans un bêcher de la solution de zinc 2+ et une plaque de zinc et dans un autre bêcher mettre de la solution de cuivre 2+ avec une plaque de cuivre. Le pont salin de chlorure de potassium (KCl) est un bout de papier filtre que l on a découpé et que l on a fait émerger dans une solution de chlorure de potassium. On a relié les béchers entre eux avec ce pont salin. Puis avec des fils ont a relier les bêcher entre eux et avec l ampèremètre. Enfin on a débranché les fils qui été sur l ampèremètre sur la calculatrice à la place d une seule pile. Cependant la calculatrice ne s est pas allumée. Montage de l expérience Schéma du montage de principe
Résultat de l ampèremètre : I= 0,467 A Donc du courant circule!!!