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| − | |Step_Title= | + | |Step_Title=Construction d'une cellule élémentaire |
| − | |Step_Content=* '''Fabrication''' Découper un rectangle dans l'éponge, de quelques centimètres de large et de long, de façon à le faire entrer dans le bocal. Enfoncer la vis à un bord de l'éponge dans le bocal. Découper une fente au bord opposé, et y enfoncer la pièce de cuivre polie au papier de verre. ''Il ne faut pas que la pièce de cuivre et la vis se touchent.'' Remplir le bocal d'eau salée jusqu'au bord de l'éponge. | + | |Step_Content=* '''Préparation''' Saler l'eau copieusement. L'idée est d'abord une eau qui conduise le mieux possible l'électricité. Polir la pièce de cuivre au papier de verre pour enlever la couche d'oxyde à la surface de la pièce. Une face de la pièce devrait suffire. |
| + | {{Info|On sait qu'on a bien poli quand la pièce redevient brillante.}}<br /> | ||
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| + | * '''Fabrication''' Découper un rectangle dans l'éponge, de quelques centimètres de large et de long, de façon à le faire entrer dans le bocal. Enfoncer la vis à un bord de l'éponge dans le bocal. Découper une fente au bord opposé, et y enfoncer la pièce de cuivre polie au papier de verre. ''Il ne faut pas que la pièce de cuivre et la vis se touchent.'' Remplir le bocal d'eau salée jusqu'au bord de l'éponge. | ||
| + | {{Info|L'éponge sert juste à tenir la vis et la pièce, mais il ne faut pas qu'elle empêche le courant de passer ! On doit donc vérifier qu'elle soit bien imbibée d'eau salée.}}<br /> | ||
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| + | * '''Observation et mesure''' Mesurer la tension entre la vis zinguée (''borne -'') et la pièce de cuivre (''borne +'') à l'aide d'un voltmètre. Si la tension mesurée est d'environ 0,80V, la cellule fonctionne correctement. Si la tension est inférieure à 0,80V, vérifier que le contact avec les bornes du voltmètre sont bons (changer d'emplacement de mesure), que l'éponge soit bien imbibée d'eau salée, que la pièce de cuivre soit polie correctement, diminuer la distance entre la pièce et le vis. Si malgré ces vérifications la tension est toujours inférieure, ce n'est pas très grave, passer à la suite. Une diode rouge s'allume à partir d'une tension de 2V environ. Une seule cellule ne suffira donc pas à allumer la diode. Il faudra en mettre plusieurs à la suite, ''en série''. | ||
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{{Tuto Step | {{Tuto Step | ||
|Step_Title=Mise en série de cellules élémentaires | |Step_Title=Mise en série de cellules élémentaires | ||
| + | |Step_Content=* '''Fabrication''' Construire plusieurs cellules élémentaires. L'objectif étant de pouvoir allumer la diode, il faut en construire jusqu'à obtenir une tension totale supérieure à 2V. Pour être large, on peut fabriquer 5 cellules. | ||
| + | {{Info|Brancher plusieurs cellules en série veut dire que leurs tensions vont s'ajouter. Le courant traversant le circuit ne devrait pas varier beaucoup cependant, et ce peu importe le nombre de cellules élémentaires en série. | ||
| + | Si l'on veut augmenter le courant, sans changer la tension, on peut brancher les cellules en parallèle.}} 5x 0,80V = 4V, ce qui est plus que suffisant pour allumer une diode rouge. | ||
| + | * '''Branchement en série''' Disposer les bocaux en ligne, et les tourner pour qu'une vis zinguée soit toujours voisine d'une pièce de cuivre. Relier avec un pince crocodile la ''borne -'' (la vis) de chaque cellule avec la ''borne +'' (la pièce de cuivre) de la cellule voisine, et ce pour toutes les cellules, afin de former une suite : |-| Cuivre - Eau - Zinc |-| Cuivre - Eau - Zinc |-| ... |-| Cuivre - Eau - Zinc |-| Avec "|-|" pour représenter les pinces crocodiles. Notons que deux pinces crocodiles ne sont branchées que par un côté. Nous venons de créer une pile, constituée de plusieurs cellules élémentaires. | ||
| + | * '''Branchement de la diode''' Brancher la diode à notre pile, en respectant la polarité (''borne +'' à la patte longue et ''borne -'' à la patte courte de la diode). La diode devrait s'allumer. Si la diode ne s'allume pas, ou plutôt si on n'arrive pas bien à le voir, on peut la placer dans une boite noire - une boite à chaussure percée d'un trou par exemple. Les diodes à petits courants (plus petites en taille) s'allumeront plus facilement. Si elle ne s'allume toujours pas, vérifier chaque cellule individuellement au voltmètre, ainsi que les branchements des pinces crocodiles. <br /> | ||
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{{Tuto Step | {{Tuto Step | ||
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| + | |Step_Content=On peut montrer que la pile a une certaine curée de vie, en présentant une pile usée après utilisation. | ||
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| + | Pour cela, il suffit de brancher la vis zinguée (''borne -'') à la pièce de cuivre (''borne +'') d'une même cellule et d'attendre qu'elle se "vide". Au bout de quelques jours, la couche de zinc commencera à manquer à certains endroits immergés de la vis, et un dépôt blanchâtre apparaîtra dans l'eau. En attendant encore, la couche de zinc finira pas disparaître et de la rouille (rouge) se formera dans l'eau. Cela voudra dire qu'il n'y a plus de zinc sur la vis, et que l'acier commence à s'oxyder. | ||
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| + | Pour rendre le phénomène plus visible, il est aussi possible de retirer l'éponge, et d'immerger complétement la vis de zinc et la pièce de cuivre. | ||
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| + | Il peut être intéressant, en même temps que l'on lance cette expérience de corrosion, de mettre une vis zinguée dans un autre bocal d'eau. On verra que la corrosion atteint principalement la vis de la cellule élémentaire. | ||
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| + | {{Info|La corrosion finira aussi par attaquer la vis isolée, mais au bout d'un temps extrêmement long comparé à la vis de la cellule. La réaction chimique, la même dans les deux cas, est favorisée dans la cellule, elle est donc grandement accélérée.}}<br /> | ||
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Version du 18 juin 2019 à 15:36
L'idée est de fabriquer une pile avec des vis zinguées, des pièces de cuivre, et de l'eau, et d'allumer une diode avec.
Difficulté
Facile
Durée
30 minute(s)
- Matériel et outils
Bocal 
Généralement en verre, le bocal peut être selon l’usage et l’époque ; en faïence, en grès ou en céramique. Parmi les avantages du verre, on peut noter la transparence permettant de voir son contenu et la possibilité de facilement désinfecter en chauffant à haute température.
Le couvercle de bocaux servant aux conserves comporte un joint de caoutchouc (généralement orange, voir photo ci-dessous). Il est relié au pot par un dispositif mécanique qui permet de le plaquer fermement sur l'orifice pour assurer l’étanchéité de la fermeture.
Eau 
L'eau est une substance essentielle à la vie. Transparente, sans goût et sans odeur, on la consomme le plus souvent dans son état liquide.
Pinces crocodiles 
Plus couramment appelées "pinces crocos", ce sont des câbles électriques comportant une pince (en forme de gueule de crocodile) à chaque extrémité. Ces pinces permettent d'accrocher facilement les câbles aux différents composants électriques.
Vis zinguée 
Ces vis de couleur argentée brillante sont en acier recouverte d'une fine couche de zinc pour les protéger de la corrosion. À ne pas confondre avec les vis bichromatée, traitée avec du chrome III, de couleur dorée.
Pièce en cuivre 
Le cuivre est l'élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu. Il fait partit des métaux dit de transition.
Eponge 
C'est une éponge.
Papier de verre 
Le papier de verre, papier émeri, papier abrasif, appelé aussi papier sablé au Canada1, est un papier à la surface duquel est fixé un matériau abrasif. Il est utilisé pour polir la surface de divers matériaux comme le bois, les métaux ou la pierre afin de permettre de les peindre, de les coller ou de les assembler.
Diode electro luminescente 
Une diode électroluminescente (abrégé en LED, de l'anglais : light-emitting diode, ou DEL en français), est un dispositif capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.
Sel 
Le sel de table, sel alimentaire ou sel de cuisine, est composé essentiellement de chlorure de sodium. Il se présente sous différentes formes: gros sel, sel fin, fleur de sel.
Étape 1 - Construction d'une cellule élémentaire
- Préparation Saler l'eau copieusement. L'idée est d'abord une eau qui conduise le mieux possible l'électricité. Polir la pièce de cuivre au papier de verre pour enlever la couche d'oxyde à la surface de la pièce. Une face de la pièce devrait suffire.
- Fabrication Découper un rectangle dans l'éponge, de quelques centimètres de large et de long, de façon à le faire entrer dans le bocal. Enfoncer la vis à un bord de l'éponge dans le bocal. Découper une fente au bord opposé, et y enfoncer la pièce de cuivre polie au papier de verre. Il ne faut pas que la pièce de cuivre et la vis se touchent. Remplir le bocal d'eau salée jusqu'au bord de l'éponge.
- Observation et mesure Mesurer la tension entre la vis zinguée (borne -) et la pièce de cuivre (borne +) à l'aide d'un voltmètre. Si la tension mesurée est d'environ 0,80V, la cellule fonctionne correctement. Si la tension est inférieure à 0,80V, vérifier que le contact avec les bornes du voltmètre sont bons (changer d'emplacement de mesure), que l'éponge soit bien imbibée d'eau salée, que la pièce de cuivre soit polie correctement, diminuer la distance entre la pièce et le vis. Si malgré ces vérifications la tension est toujours inférieure, ce n'est pas très grave, passer à la suite. Une diode rouge s'allume à partir d'une tension de 2V environ. Une seule cellule ne suffira donc pas à allumer la diode. Il faudra en mettre plusieurs à la suite, en série.
Étape 2 - Mise en série de cellules élémentaires
- Fabrication Construire plusieurs cellules élémentaires. L'objectif étant de pouvoir allumer la diode, il faut en construire jusqu'à obtenir une tension totale supérieure à 2V. Pour être large, on peut fabriquer 5 cellules.
- Branchement en série Disposer les bocaux en ligne, et les tourner pour qu'une vis zinguée soit toujours voisine d'une pièce de cuivre. Relier avec un pince crocodile la borne - (la vis) de chaque cellule avec la borne + (la pièce de cuivre) de la cellule voisine, et ce pour toutes les cellules, afin de former une suite :
Étape 3 - Mettre en évidence l'usure de la pile
On peut montrer que la pile a une certaine curée de vie, en présentant une pile usée après utilisation.
Pour cela, il suffit de brancher la vis zinguée (borne -) à la pièce de cuivre (borne +) d'une même cellule et d'attendre qu'elle se "vide". Au bout de quelques jours, la couche de zinc commencera à manquer à certains endroits immergés de la vis, et un dépôt blanchâtre apparaîtra dans l'eau. En attendant encore, la couche de zinc finira pas disparaître et de la rouille (rouge) se formera dans l'eau. Cela voudra dire qu'il n'y a plus de zinc sur la vis, et que l'acier commence à s'oxyder.
Pour rendre le phénomène plus visible, il est aussi possible de retirer l'éponge, et d'immerger complétement la vis de zinc et la pièce de cuivre.
Il peut être intéressant, en même temps que l'on lance cette expérience de corrosion, de mettre une vis zinguée dans un autre bocal d'eau. On verra que la corrosion atteint principalement la vis de la cellule élémentaire.
Dernière modification 5/04/2022 par user:Geneviève.
Draft