Fabriquer une pile électrique

Comment peut-on produire de l’électricité avec un liquide et des pièces ?

Difficulté

Easy Facile

Durée

15 minute(s) minute(s)

Disciplines scientifiques

Chimie, Electricité, Science de la matière, Physique

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Introduction

Des pièces de 5 centimes d'euro, des rondelles de bricolage, un peu de carton et de vinaigre et nous voilà sur les traces de Volta !!

• Matériel et outils

Vinaigre blanc

Le vinaigre d'alcool ou vinaigre blanc peut être obtenu à partir d'un alcool de betteraves. Le vinaigre blanc est un mélange d'eau et d'acide acétique à hauteur de 6 à 8%. L'acide acétique est obtenu par fermentation d'alcool de betterave ou de maïs.

Vinaigre blanc

Carton

Le terme carton désigne certains types de papiers généralement caractérisés par une rigidité, une épaisseur et/ou un grammage relativement élevés ; cependant, la distinction peut être faite en fonction des caractéristiques et de l’emploi. Par exemple, certains matériaux cannelés légers sont considérés comme des cartons alors que les feuilles de papier buvard ou certains supports artistiques à fort grammage sont considérés comme des papiers.

Carton

Pièce en cuivre

Le cuivre est l'élément chimique de numéro atomique 29, de symbole Cu. Il fait partit des métaux dit de transition.

Pièce en cuivre

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.

Diode electro luminescente

Aluminium

Rouleau d'aluminium

Aluminium

Rondelle de Zinc

Le zinc est l'élément chimique de numéro atomique 30, de symbole Zn. Il fait partit des métaux dit pauvre.

Rondelle de Zinc

Étape 1 - Préparer le matériel

- Découper dans le carton 3 rondelles de la taille d'une pièce de 2 euros

- mettre ces rondelles à tremper dans du vinaigre

- préparer 3 pièces de 5 cents d'euro

- préparer 3 rondelles de brocilage en zinc

- préparer la diode

Étape 2 - Montage de la pile

- disposer un morceau de papier aluminium sur la table.

- disposer, sur le papier aluminium, une première rondelle en zinc

- Sur cette rondelle, disposer un premier morceau de carton imbibé de vinaigre

- Sur ce morceau de carton, disposer une pièce de monnaie.

Vous avez commencer à réaliser une petite tour.

- Réaliser à nouveau cette opération avec le reste des pièces, rondelles et carton restant.

Attention, il faut procéder dans le même ordre que précédemment !

Bravo, vous avez crée une pile électrique !

Étape 3 - Allumer la diode

- la diode dispose de 2 côtés : un côté positif (le plus court) et un côté négatif (le plus long)

- Faites en sorte que le côté le plus long vienne toucher le dessus de la pile (pièce de monnaie)

- le côté le plus court doit venir toucher le papier aluminium

Comment ça marche ?

Observations : que voit-on ?

Lorsque la pile est réalisée et que les bornes de la diode (+ et -) viennent au contact de la pile, la diode s'allume !

Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?

Si la diode ne s'allume pas :

1 - vérifier que le montage a été réalisé dans le bon ordre, à savoir : aluminium, rondelle n°1, carton n°1, pièce n°1, rondelle n°2, carton n°2, pièce n°2, rondelle n°3, carton n°3, pièce n°3).

2 - vérifier que les bornes de la diode touchent bien la pile afin que le courant électrique puisse circuler dans le bon sens.

3 - cas extrême : vérifier que les rondelles de bricolage en zinc soient propres et inoxydées.

Généralement, la durée de vie des pièces en zinc, dans cette expérience est de quelques minutes.

Explications

Nous avons utilisé 3 métaux différents :

- le cuivre, présent dans les pièces de monnaies

- le zinc, présent dans les rondelles de bricolage

- le papier aluminium

ainsi qu'un acide : le vinaigre.

Les électrons (atomes) présents dans le cuivre, se déplacent dans les autres métaux grâce à un électrolyte (un acide).

C'est l'acide du vinaigre qui va donc permettre à ces électrons d'être libérés de façon à créer un courant électrique continue qui permet d'alimenter la diode.

Plus d'explications

L'oxydation d'un atome de zinc, par le vinaigre, va produire des électrons qui vont ensuite se déplacer vers le cuivre et ainsi de suite.

On dit alors qu'au départ l'atome de zinc a une charge positive en électrons et le cuivre a une charge négative.

Applications : dans la vie de tous les jours

Une pile (ou une batterie) de part sa dimension convient bien à tous les objets transportables pour les alimenter en électricité : réveil, lampe torche, appareil photo, lecteur mp3, ...

Le recyclage

Les piles sont des déchets à traiter avec précaution. Elles contiennent des métaux (nickel - cadmium - mercure - plomb - fer - zinc - lithium) dont certains sont toxiques et nocifs pour l'environnement. En outre les piles ne sont évidemment pas biodégradables. Les métaux lourds ont été éliminés de la plupart des piles vendues sur le marché. Ainsi les piles alcalines ne contiennent plus de métaux lourds (sauf à l'état de trace), la loi l'interdisant depuis des années. Certaines piles boutons en revanche contiennent encore du mercure qui est un métal lourd dangereux. C'est également le cas de certains accumulateurs Ni-Cd qui contiennent du cadmium.

Les piles ne doivent pas être jetées dans une poubelle ordinaire, mais rapportées dans un point de collecte.

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Origine

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 : la pile de Volta.

Composition chimique

Depuis décembre 1998, les piles au mercure sont interdites en Europe et aux États-Unis pour des problèmes environnementaux. Il existe donc trois grandes technologies de piles grand public :

• Pile « alcaline » 1,5 V ( ⊝ Zn / Zn(OH)42- / K+ + OH- / MnO(OH) / MnO2 / C ⊕ ).

• Pile « saline carbone-zinc » 1,5 V. Pour des appareils à faibles besoins ( ⊝ Zn / Zn2+ / NH4+ + Cl- / MnO(OH) / MnO2 / C ⊕ ).

• Pile « lithium 1,5 V » (appelée aussi L91). Elle risque d’exploser si on tente de la recharger, capable de maintenir très longtemps la tension électrique.

On trouve aussi des piles à l'oxyde d'argent (certaines piles boutons pour montres) ou des piles air-zinc (utilisées notamment dans les prothèses auditives) (⊝ Zn / ZnO // Ag2O / Ag / C ⊕).

Éléments pédagogiques

Objectifs pédagogiques

- Comprendre comment focntionne une pile / une batterie électrique

- Fabriquer de l'électricité à partir d'une réaction chimique

Sources et ressources

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_volta%C3%AFque

Dernière modification 7/01/2021 par user:Nathanaël Latour.

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