FORMULES de PHYSIQUE
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PILE
-pile
Une pile est un appareil générateur de courant -en général continu- dont les intermédiaires de production énergétique sont :
-une réaction chimique (piles électriques, galvaniques, électrolytiques)
-des photons (pile solaire, photovoltaïque)
-des matières fissiles (pile atomique)
-des reconstitutions chimiques, c'est à dire l'inverse de l'électrolyse (pile à combustible)
PILE ÉLECTRIQUE
-principe transformation d'une énergie chimique en énergie électrique
Deux électrodes métalliques (en Zn,Li,Cu…) sont immergées dans un électrolyte (solution, comme H²SO4ou CuSO4.…) Exemples piles Volta, Daniell, etc
Il s’établit un pont ionique entre elles, initiant un mouvement d’électrons (= courant électrique). Il y a une part d’oxydation (côté anode) et une part de réduction (côté cathode)
Ceci fonctionne tant que l’ensemble des réactions n’a pas atteint l’équilibre
-caractéristiques
-type d’utilisation: théoriquement, une pile n’est pas rechargeable (elle restitue son stock chimique d’énergie, point final. C’est la batterie d’accus qui est multi-rechargeable)
Dans les faits, le piles salines et alcalines peuvent être rechargées deux ou trois fois
Mais si la tension est descendue plus bas que 1 V, la recharge n’est pas complète, c’est une simple régénération, qui doit être pratiquée très lentement
L’utilisation d’une pile concerne plutôt les faibles puissances
-ses éléments constitutifs font chacun 1,5 Volt (pour les salines et alcalines) et 4,5 V (pour celles au lithium)
-ses bornes: la borne (-) est l'anode , siège d'oxydation et fournisseuse d'électrons
Exemple d'une pile galvanique (comportant Zn, Cu et H²O) >>> il y a une part d'oxydation (à l'anode) où Zn donne Zn2++ 2 électrons et produit -0,76 Volt et une part de réduction (à la cathode) où Cu2++ 2 électrons donne Cu et produit -0,35 Volt
La somme donne # -1,2 Volt --Une pile déchargée peut atteindre au pire 0,9 V
Cas d’une pile électrolytique (ou électrochimique): ici on doit apporter de l'énergie électrique pour déclencher la réaction chimique (électrolyse, qui par exemple va dissocier de l'eau incluse dans une solution sodique, en H² au pôle - et en O² au pôle +)
Ces piles servent dans l’industrie (par exemple électrosynthèse de l’aluminium)
-étalonnage des éléments d’une pile-étalon
on choisit une force électromotrice unitaire de 1,0183 Volt (élément d’une pile Weston) ou 1,3 Volt (élément d’une pile mercurielle)
-formules de Helmoltz (pour le bilan énergétique des piles):
U = U/ Q + T.ΔU / ΔT
où U(V)= force électromotrice
U(J)= énergie interne
T(K)= température absolue
Q(C)= charge
et F = U.Q
avec F(J)= énergie de Helmoltz (ou énergie libre)
-résistance interne d'une pile
l'intensité i(A) débitée par une pile est: i = U / (R + Ri)
et la puissance est P = U².R / (R + Ri)²
où U(V)= potentiel électrique
R(Ohm)= résistance du circuit
Ri(Ohm)= résistance interne de la pile
PILE PHOTOVOLTAÏQUE
La technique photovoltaïque permet de transformer l'énergie lumineuse (usuellement solaire) en électricité
Voir chapitre spécial
PILE ATOMIQUE
C'est le nom simpliste d'un réacteur nucléaire
PILE à COMBUSTIBLE
-principe
on utilise ici le phénomène inverse d'une électrolyse, à température de (60° à 120°) C
-sur 1 électrode, on crée une oxydation d'un combustible gazeux réducteur (comme H² ou méthanol)
-sur l'autre électrode, on favorise la réduction d'un gaz oxydant (comme O² ou air)
-entre les 2 il y a un un catalyseur (comme Pt ou KOH)
Il y a production d'eau et de courant électrique de (gamme de 1 kW à 100 MW)