Piles

Les piles électriques

Une pile électrique est un objet qui contient de l'énergie chimique. Cela peut se faire de nombreuses façons, dont aucune n'est importante à comprendre pour saisir le comportement électrique des cellules. Il suffit de savoir qu'une certaine interaction chimique fait que la cellule présente une différence de potentiel électrique (différence de potentiel ou tension) entre deux points de la pile, que l'on appelle ses pôles. Le pôle positif est défini comme le pôle par lequel les charges positives sont repoussées, et le pôle négatif est le pôle qui n'est pas le pôle positif.

Définition des piles

La définition d'une batterie est entièrement basée sur celle d'une cellule électrique. En général, une batterie est tout système d'une ou plusieurs cellules jointes dans une combinaison de joints parallèles et en série, mais au niveau de cet article, la définition suivante est adéquate.

Par conséquent, une batterie a un pôle positif et un pôle négatif, et la différence de potentiel d'une batterie est la somme des différences de potentiel des cellules individuelles à l'intérieur de la batterie, étant donné que les cellules sont jointes en étant orientées de la même façon (ce qui signifie que l'extrémité négative d'une cellule est connectée à la cellule positive d'une autre cellule).

Piles dont le pôle positif est indiqué par le signe +.

Comment fonctionnent les piles ?

Les piles contiennent des cellules qui renferment de l'énergie chimique, ce qui provoque une tension entre ses pôles. Si nous plaçons une particule avec une charge positive près du pôle positif d'une pile, elle sera poussée vers le pôle négatif de la pile par la tension (voir la figure ci-dessous). Cela signifie que la batterie effectue un travail sur la particule (parce qu'elle exerce une force sur une certaine distance), et donc que la batterie perd de l'énergie dans ce processus. Cette énergie provenait de l'énergie chimique à l'intérieur de la pile : la pile a converti son énergie chimique en travail. Ainsi, après ce processus, la pile contient moins d'énergie chimique.

Une batterie exerce une force sur une charge positive, la poussant du pôle positif au pôle négatif dans le processus, StudySmarter Originals.

Propriétés des piles

La conception et la composition chimique d'une batterie déterminent la quantité d'énergie chimique qu'elle contient, et donc la quantité d'énergie électrique qu'elle peut fournir. Elles déterminent également l'importance de la différence de potentiel entre les pôles de la pile.

N'oublie pas que la tension détermine la quantité d'énergie qu'une unité de charge gagne lorsqu'elle traverse la différence de tension. Le travail$W$effectué sur une particule chargée$q$qui traverse une tension$V$est donné par le produit de la charge et de la tension,

$W=qV$

(car la tension est l'énergie gagnée divisée par la charge d'une particule). Une batterie avec une tension plus élevée exercera donc une force plus importante sur une charge qu'une batterie avec une tension plus faible n'exercera sur la même charge.

La capacité de la batterie est la charge totale qu'elle peut déplacer d'un pôle à l'autre. Elle est mesurée en unités SI en$\mathrm{C}$(coulomb), mais elle est généralement mesurée en$\mathrm{Ah}$(ampère-heure). L'énergie chimique totale$E$est la quantité totale de travail que la pile peut effectuer (en supposant un rendement de 100 % pour simplifier), donc la charge totale$Q$que la batterie peut déplacer d'un pôle à l'autre est donnée par

$Q=E/V$.

En résumé, les piles ont des propriétés telles que la capacité de la pile, la tension et la capacité énergétique.

Symbole de la batterie en physique

En physique et en génie électrique, il existe des symboles pour chaque élément d'un circuit électrique, et les piles et les batteries ne font pas exception. Tu trouveras dans la figure ci-dessous les symboles d'une cellule électrique et d'une pile.

Ci-dessus, le symbole d'une pile électrique, et ci-dessous, le symbole d'une batterie, Wikimedia Commons.

Nous voyons que le symbole d'une batterie est une représentation graphique de ce qu'est une batterie, à savoir un couple de cellules électriques reliées en série.

Fonctions et exemples de piles

Les piles sont couramment utilisées dans les appareils électriques, dont les exemples sont les téléphones, les montres numériques, les ordinateurs portables et les voitures. Dans tous ces exemples, la fonction d'une batterie est de fournir de l'énergie électrique à un système. Le but de cette énergie diffère d'un cas à l'autre. Dans les téléphones, les montres et les ordinateurs portables, cette énergie sert principalement à faire fonctionner le système et à allumer un écran, tandis que dans les voitures, cette énergie est utilisée pour alimenter le démarreur, les phares et les clignotants, entre autres. Dans les véhicules électriques, l'énergie de la batterie sert principalement à alimenter les moteurs électriques pour faire avancer la voiture : c'est un exemple où l'énergie de la batterie est principalement convertie en énergie cinétique.

Types de piles

L'énergie chimique contenue dans une batterie peut provenir d'une grande variété de compositions chimiques, et le transfert de l'énergie chimique à l'énergie électrique peut se produire par le biais d'un grand nombre de réactions chimiques ou physiques différentes à l'intérieur de la batterie. Cela signifie qu'il existe de nombreux types de piles.