ELEC CHAP 12 Flashcards
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
Le Générateur est —–
Le Générateur est un appareil absorbant de l’énergie sous une forme autre qu’électrique et qui la restitue principalement sous forme électrique.
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THEORIE
Le Générateur idéal est — — —
Le Générateur idéal est un générateur dont la tension aux bornes est constante quel que soit l’intensité délivrée.
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THEORIE
La force électromotrice (f.é.m.) est — — — —
La force électromotrice (f.é.m.) est la tension existante aux bornes d’un générateur, lorsqu’il ne débite aucun courant. C’est la totalité des Volts produits par le générateur et la cause initiale de circulation du courant.
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THEORIE
Un générateur idéal n’est caractérisé que par sa … … .
E qui est la tension que nous pouvons mesurer à chaque instant entre ses bornes.
f.é.m. = force électromotrice
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THEORIE
La loi de fonctionnement d’un tel appareil = générateur idéal (l’équivalent de la loi d’Ohm pour une résistance) est la suivante :
Upn = E
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THEORIE
Jusqu’ici, par commodité, nous n’avons considéré sans le préciser que des … … de tension.
Or, d’après le chapitre 10, nous savons que les variations de tension dues à l’effet Joule sont fonctions de l’intensité et des résistances internes des appareils.
Les variations de tension d’un générateur idéal étant … quelle que soit l’intensité du courant débité par celui-ci, un générateur idéal n’a donc aucune perte par effet Joule et aucune résistance interne.
générateurs idéaux
nulles
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THEORIE
Malheureusement, de tels appareils (générateur idéal) … …, ou, ceux qui s’en rapprochent, ont de telles contraintes d’utilisation que celle-ci est à proscrire.
En effet, nous avons vu au cours des chapitres précédents que tout appareil, quel qu’il soit, avait une certaine résistance au courant, cause des pertes par effet Joule, et il en est de même des générateurs comme des récepteurs.
n’existent pas
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THEORIE
Nous allons donc étudier un générateur dont la résistance interne est non négligeable et, pour ce fait, nous parlerons de
… plutôt que d’énergie, la différence ne tenant qu’aux temps d’utilisation.
puissance
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THEORIE
Pa :
Pu :
Pp :
Pa : puissance absorbée
Pu : puissance utile (délivrée)
Pp : puissance perdue (par effet Joule)
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THEORIE
Puissance utile :
c’est la puissance délivrée au circuit par le générateur. Elle est purement électrique
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THEORIE
Puissance utile : c’est la puissance délivrée au circuit par le générateur. Elle est purement électrique et nous savons la calculer :
Pu = U x I (cf. chapitre 9)
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THEORIE
Puissance perdue :
c’est la puissance de l’énergie thermique perdue par effet Joule à l’intérieur du générateur. Elle est donnée par la loi de Joule.
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THEORIE
Puissance perdue : c’est la puissance de l’énergie thermique perdue par effet Joule à l’intérieur du générateur. Elle est donnée par la loi de Joule :
Pp = r x I2
où r est la résistance interne du générateur et I l’intensité du courant qu’il débite.
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THEORIE
La puissance électrique totale fournie par le générateur est donc :
PET = Pu + Pp
C’est à dire :
PET = U x I + r x I2 PET = (U + r x I) x I
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THEORIE
Nous avons vu que les puissances électriques se calculaient comme produit d’une tension (en Volt) par une intensité (en
Ampère).
L’homogénéité de l’équation ci-dessus veut donc que le facteur U + r x I soit une tension, ce qui est aisément
vérifiable avec l’équation aux dimensions.
Noté E, ce facteur s’appelle … … du générateur et se mesure donc en … .
force électromotrice
Volt (V)
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THEORIE
Nous pouvons donc écrire :
E = … où, E est la force électromotrice du générateur, r sa résistance interne
et U la tension mesurée entre ses bornes lorsqu’il délivre un courant d’intensité I.
U + r x I
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THEORIE
Si nous prenons I = 0, nous retrouvons E = … . C’est à dire que lorsqu’il n’y a pas de courant débité, la tension que l’on peut
mesurer aux bornes du générateur est exactement sa force électromotrice.
U
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THEORIE
Un tel générateur (I = 0 donc E = U) est appelé générateur linéaire. Il est caractérisé par :
- sa force électromotrice E (f.é.m.),
- sa résistance interne r.
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THEORIE
Notons que la loi de fonctionnement pour un générateur linéaire (l’équivalent de la loi d’Ohm pour une résistance) s’écrit :
UPN = E – r x I
où, UPN est la tension mesurable aux bornes du générateur entre le pôle positif P et le pôle négatif N, I
l’intensité du courant fourni, r sa résistance interne et E sa f.é.m.
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THEORIE
Si nous revenons à l’équation de la puissance électrique totale fournie par le générateur linéaire, nous obtenons alors :
PET = E x I
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THEORIE
Dans le cas d’un générateur, nous distinguons 2 types de rendements :
- le rendement industriel qui prend en compte toutes les pertes d’énergie du générateur (effet Joule et autres) ;
- le rendement électrique qui ne prend en compte que les pertes par effet Joule.
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THEORIE
Formule du rendement industriel :
ƞi = Pu/Pa = (U x I)/Pa
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THEORIE
Formule du rendement électrique :
ƞé = Pu/PET = U/E
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THEORIE
Remarques : ATTENTION !, il ne faut pas confondre les 2 rendements.
Le rendement industriel rend compte de … de la transformation de l’énergie absorbée par le générateur en énergie électrique tandis que le rendement électrique ne nous informe que du … du générateur une fois l’énergie électrique produite et des pertes qui interviennent alors.
De plus, comme PET < Pa, le rendement électrique est plus grand que le rendement industriel.
l’efficacité
rendement
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THEORIE
… : L’italien Alessandro VOLTA (1745 – 1827) construit la première « pile à colonnes » en empilant (de là, vient le nom de pile) des disques de zinc et de cuivre séparés par des rondelles de drap imprégnées d’eau salée.
En reliant les 2 disques métalliques extrêmes par un fil, il obtient un courant électrique.
1800
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THEORIE
Il réalise ensuite une autre pile constituée par une lame de cuivre et une lame de zinc plongeant dans une solution d’acide sulfurique (H2SO4 car la solution doit pouvoir donner des ions H+).
Cette pile présente 2 inconvénients majeurs :
- la polarisation ; l’hydrogène qui se dégage au niveau de l’électrode de cuivre, constitue autour de celle-ci une gaine gazeuse, modifiant ainsi la nature de la pile. La pile est alors polarisée, elle est « transformée » en une autre pile caractérisée par une f.é.m. plus faible.
- l’électrolyte liquide ; la présence d’une solution liquide limite le transport de la pile et par la même son utilisation.
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THEORIE
1836 : Le physicien anglais John Frederic DANIELL (1790 – 1845) réalise la première pile … …
sans polarisation.
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THEORIE
1867 : Le physicien français Georges LECLANCHE (1839 – 1882) utilise un … qui enlève l’hydrogène. Cette découverte permet la généralisation de l’emploi des piles électriques.
dépolarisant
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THEORIE
1868 : L’électrolyte est « fixée » au moyen d’amidon, les piles sont alors appelées … … .
piles sèches
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THEORIE
1888 : Le procédé de fixation est amélioré avec … … … .
l’électrolyte « en gelée ».
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THEORIE
La pile sèche se constitue : 2/
- d’un godet de zinc servant à la fois d’électrode négative et de container ;
- d’une électrode positive formée par un « mélange dépolarisant » entourant au centre de la pile un bâton de graphite, collecteur d’électrons.
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THEORIE
Le mélange dépolarisant est une pâte qui se compose principalement : 3/
- de dioxyde de manganèse MnO2 ;
- d’un conducteur électronique (noir d’acétylène ou graphite) qui assure la conduction entre les grains de MnO2, mauvais conducteurs ;
- d’un électrolyte (solution gélifiée de chlorure d’ammonium et de chlorure de zinc).
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
La f.é.m. d’une pile sèche est d’environ … .
Si c’est une f.é.m. supérieure qui est souhaitée, il faut regrouper les piles en … .
1,5 V.
série
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THEORIE
La … de chaque pile varie entre 0,2 et 0,3Ω suivant les dimensions de celle-ci.
Lorsque la pile débite un courant dans un circuit, il est possible de constater que la différence de potentiel à ses bornes … au cours du temps. Ce phénomène s’explique par le fait que la réaction de dépolarisation n’est pas instantanée. Si la pile est laissée « au repos » pendant un moment, elle retrouvera pratiquement sa f.é.m. initiale.
résistance
diminue
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THEORIE
(Les accumulateurs)
Ils se distinguent des piles classiques par leur aptitude à être … . L’accumulateur le plus répandu est la « batterie au plomb ».
rechargés
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THEORIE
(Les accumulateurs)
L’électrolyte est une solution aqueuse d’acide sulfurique. Les plaques sont constituées par des grilles en alliages de plomb dont les pores sont garnis de plomb spongieux pour une série de plaques (pôle négatif) et de dioxyde de plomb PbO2 pour l’autre série (pôle positif).
Les réactions qui ont lieu à la décharge produisent du sulfate de plomb PbSO4 qui, n’étant pas soluble, adhère aux plaques et consomme l’électrolyte en se formant.
Il est possible de … l’accumulateur en appliquant à ses bornes une différence de potentiel qui a pour conséquence d’inverser les réactions.
L’opération de … de l’accumulateur se réalise à l’aide d’un chargeur.
Un élément d’accumulateur chargé présente une f.é.m. légèrement supérieure à 2 Volts.
recharger
recharge
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THEORIE
(Les accumulateurs)
Il est … de démonter les piles et les accumulateurs.
En effet, leur ouverture présente des risques de … … … … (mercure, acides, etc.) très nocifs pour la peau ou les yeux.
dangereux
projection de liquides corrosifs
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile alcaline au manganèse)
La f.é.m. de ces piles est d’environ 1,56 V. Elles fonctionnent efficacement … … … … .
entre – 30° C et 70° C.
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THEORIE
(Pile alcaline au manganèse)
Dans une pile alcaline, le charbon « collecteur » des piles sèches est remplacé par une lame de cuivre beaucoup moins volumineuse. Au godet en zinc se substitue une poudre de zinc mélangée à l’électrolyte.
… … (ou alcalin, qui donne son nom à ce type de pile) est une solution d’hydroxyde de potassium KOH. Il est diffusé à travers la poudre de zinc, permettant ainsi son oxydation lors du fonctionnement de la pile.
L’électrolyte basique
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile alcaline au manganèse)
La conception technique de la pile empêche toute fuite de … . Les piles alcalines ont les mêmes cotes extérieures que les piles sèches.
l’électrolyte
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile alcaline au manganèse)
Elles sont caractérisées par un … … élevé et une grande … … … .
pouvoir énergétique
stabilité de tension
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile à combustible)
Une pile à combustible est un générateur électrochimique.
Ce générateur est constitué essentiellement de deux électrodes séparées par un électrolyte.
Il se différencie des accumulateurs ou des piles classiques par la nature de ses électrodes qui ne subissent aucune … … … .
modification de structure
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile à combustible)
Les réactifs, comburant (oxygène) et combustible (hydrogène), sont stockés à l’extérieur, ce qui confère à la pile une … … que l’on peut accroître à volonté en jouant sur l’importance des réservoirs.
grande autonomie
ELEC CHAP 12 - LES GENERATEURS : PILES ET ACCUMULATEURS
THEORIE
(Pile à combustible)
Cette pile présente l’avantage de principe de pouvoir apporter, à la fois, … … … et … … … .
économie de fonctionnement
absence de pollution.
