Comme vous l'avez probablement déjà deviné, nous parlerons d'une si petite chose, dont il y en a beaucoup dans notre vie quotidienne, à propos de la batterie. Dans le monde moderne, les batteries nous entourent partout, qu'il s'agisse d'une liseuse ou d'une montre, d'une télécommande de télévision ou d'une batterie dans un téléphone portable, nous sommes déjà très habitués à leur existence et à leur présence que nous ne remarquons pratiquement pas leur existence. , ce qui, en fait, est aidé par le fait qu'ils ont des tailles différentes.
Pour nous, la batterie est devenue monnaie courante !
Et il était une fois, à l'aube de son apparition, un appareil assez volumineux et la seule source d'énergie électrique sur la planète dont disposait l'humanité.
Le fondateur de la batterie est à juste titre considéré comme le physicien italien Alessandro Volta (1745 - 1827), qui, après avoir étudié les nombreux travaux de son compatriote Luigi Galvani (1737-1798), qui a mené des expériences avec « l'électricité animale », est parvenu à ce remarquable Découverte.
Après avoir lu le traité de Galvani « sur les forces électriques dans le muscle », Alessandro Volta a remarqué que l’électricité apparaît exclusivement en présence de deux métaux. Il fit donc immédiatement sa première expérience, qui consistait à mettre deux pièces de monnaie dans sa bouche, une sur la langue et l'autre en dessous, tout en les reliant avec un fil, et ressentit un goût salé.
Cette expérience l'incite à une réflexion qui aboutit à la poursuite des recherches qu'il avait ainsi commencées, mais à une plus grande échelle.
L'une de ces expériences consistait à installer plus d'une centaine de cercles métalliques les uns sur les autres, séparés par du papier et humidifiés avec de l'eau salée. Le résultat ne se fit pas attendre, Alessandro, après avoir vérifié à nouveau les sensations dans sa propre langue, fut convaincu de la présence d'électricité dans son appareil, tout en constatant qu'elle était constamment présente.
Après plusieurs expériences de ce type, Alessandro Volta a fabriqué une batterie. Il se composait de plaques de cuivre et de zinc reliées en série, descendues par paires dans des récipients contenant de l'acide dilué.
Certes, cet appareil n'a pas immédiatement reçu le nom auquel nous sommes maintenant si habitués - batterie. Initialement, l'appareil s'appelait « la couronne des vaisseaux sanguins » et c'était à cette époque la plus grande source d'énergie électrique.
Si nous le traduisons dans les normes modernes, comme c'est désormais la coutume, la « couronne des navires » à notre époque suffirait à alimenter un récepteur radio ordinaire.
Par la suite, Alessandro Volta a renommé son invention en l'honneur de Luigi Galvani et l'a appelée cellule galvanique.
Ce nom, d'ailleurs, a survécu jusqu'à ce jour, même si l'appareil lui-même a subi des changements de conception importants.
Qu'ont en commun un smartphone, un ordinateur portable, une lampe de poche, des jouets interactifs mobiles pour enfants et une montre ? La réponse est simple : une batterie. C’est grâce aux cercles, cylindres et rectangles invisibles que l’on peut utiliser tout cela.
Combien d’années se sont écoulées depuis l’invention de la batterie ? La plupart diront que les premières variantes sont apparues à la fin du XVIIIe siècle. Tout à fait raisonnable, car en 1798, le comte italien Alessandro Volta construisit la première batterie primitive, appelée « Pilier de la Volta ». Il empilait des disques de zinc et de cuivre et les séparait avec un chiffon imbibé d'alcali ou d'acide. Cette « tour » mesurait un demi-mètre de haut. Mais! Il existe des preuves que l'origine de la batterie est plus ancienne. Le tout premier exemple primitif a été connu 2000 ans plus tôt.
Au milieu du XXe siècle (1938), lors de fouilles en Irak, Wilhelm Koenig a trouvé un pot en argile de 13 cm de haut avec un cylindre de cuivre dans lequel était insérée une tige d'un autre métal. Les archéologues ont suggéré qu'il s'agit de la batterie la plus ancienne.
Cependant, nous ne saurons plus exactement comment les habitants de l’Irak antique utilisaient cette cruche. Mais on sait beaucoup de choses sur l’Italien Luigi Galvani et l’électricité animale. Il a remarqué que le corps de la grenouille se contractait si elle entrait en contact avec deux éléments métalliques ou si elle se trouvait à côté d'une machine électrique et que des étincelles en sortaient. Luigi a suggéré que l'électricité existe dans le corps même de l'animal.
Ce sont ses expériences avec les cuisses de grenouilles qui ont incité Volta à rechercher une source de courant électrique. Il a effectué une série de tests et a remarqué que si le corps de l'animal entrait en contact avec des objets constitués du même métal, rien ne se passait, mais si les métaux étaient différents, l'effet souhaité apparaissait. En construisant sa tour à partir de plaques de métal, il a prouvé que le courant électrique n'apparaît pas dans les tissus animaux. Des expériences ont montré que la cause de tout réside dans les réactions chimiques entre différents métaux reliés par un conducteur (Galvani avait le corps d'une grenouille comme conducteur).
Les deux Italiens sont devenus célèbres et l'unité de mesure de la tension Volt et la « cellule galvanique » elle-même portent leur nom.
Historique de la batterie
Très peu de temps s'est écoulé depuis la découverte de la batterie, ou plutôt de son arrière-arrière-arrière-grand-mère, et en 1836, l'Anglais George Frederick Daniel a résolu le principal problème de la « colonne voltaïque » - la corrosion.
En 1859, le Français Gaston Plante crée la batterie, c'est-à-dire son arrière-arrière-grand-père. Il utilisait de l'acide sulfurique et des plaques de plomb. L'avantage de l'appareil créé était qu'après avoir été chargé à partir d'une source de courant continu, il le cède lui-même et devient une source d'électricité.
L’année 1868 peut être considérée comme fatidique. Un chimiste français, Georges Leclanché, a créé un ancêtre « liquide » d'une cellule de batterie « sèche ». 20 ans plus tard, l’Allemand Karl Gassner a essayé et a obtenu celui-là, très « sec ». Elle ressemblait à presque tous les égards à la version moderne.
Après cela, l’histoire de la production de batteries n’a fait que prendre de l’ampleur. Les cellules galvaniques ont remplacé les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique. La tâche principale des scientifiques était d'augmenter la capacité et la durée de vie, ainsi que de réduire la taille. La solution au problème a été l’émergence des batteries lithium-ion et lithium-polymère. Ils tiennent la charge longtemps sans aucun problème, ont une grande capacité et sont de petite taille.
L’histoire du développement des batteries se poursuit. Les scientifiques recherchent une batterie « éternelle » et il est fort probable qu’ils la trouveront bientôt.
Jetez un œil autour de vous. Presque tous les appareils électriques de petite taille qui nous entourent dans la vie quotidienne ont une alimentation portable dans leurs circuits - en termes simples, une batterie. Qu'il s'agisse d'un téléphone portable, d'une télécommande de télévision, d'une horloge murale ou de table, d'une calculatrice, etc.
Tous ces appareils ne fonctionnent pas sans pile ni accumulateur. Revenons donc sur l'histoire de la découverte de ce petit appareil miracle. Le premier élément chimique a été inventé à la fin du XVIIIe siècle par le scientifique italien Luigi Galvani, complètement par hasard. Le scientifique a mené des recherches sur les réactions des animaux à divers types d'exposition.
Lorsqu'il attacha deux bandes de métaux différents à une cuisse de grenouille, il découvrit la circulation du courant entre elles. Bien que Galvani n'ait pas donné d'explication correcte de ce processus, son expérience a servi de base aux recherches d'un autre scientifique italien, Alessandro Volta. Il a révélé que la cause du courant est une réaction chimique entre deux métaux différents dans un certain environnement.
Volta a placé deux plaques dans un récipient contenant une solution saline : zinc et cuivre. Cet appareil est devenu le premier élément chimique autonome au monde. Volta a ensuite amélioré son design, créant le fameux « Pôle Voltaïque»(Annexe. Photo).
En 859, le scientifique français Gaston Plante créa une batterie utilisant des plaques de plomb immergées dans une faible solution d'acide sulfurique. Cette batterie a été chargée avec une source de courant continu, puis a commencé à produire elle-même de l'électricité, cédant presque toute l'électricité dépensée pour la charge. De plus, cela pourrait être fait plusieurs fois. C'est ainsi qu'est apparue la première batterie.
2. Questionnaire sur les batteries dans nos vies
Afin d'obtenir une réponse à toutes ces questions, j'ai mené une enquête :
J'ai demandé aux parents et aux lycéens de répondre aux questions de mon questionnaire. 32 personnes ont été interrogées
Question 1 : Qu'est-ce qui vous guide lors de l'achat de piles ?
(Tableau 1 en annexe)
La plupart des personnes interrogées prêtent attention au fabricant lors de l'achat de batteries.
Question 2 : Pour quels appareils utilisez-vous des piles ?
(Tableau 2 en annexe)
La plupart des gens utilisent des piles dans les télécommandes et les horloges.
Les batteries électriques sont une chose très utile. S'ils n'étaient pas là, alors les jouets devraient être branchés dans la prise et s'emmêler dans les fils ; de plus, le courant électrique du réseau n'est pas adapté aux jouets ; un boîtier spécial serait également nécessaire pour le corriger.
Les batteries n'ont pas la même puissance que l'électricité qui arrive dans nos maisons, mais elles peuvent être transportées d'un endroit à l'autre et peuvent également être utilisées comme source d'énergie de secours lorsque le réseau est coupé.
Question 3 : Que faites-vous des piles usagées ?
(Tableau 3 en annexe)
La plupart des gens jettent les piles, certains utilisent des chargeurs.
Question 4 : Comment puis-je prolonger la durée de vie de la batterie ?
(Tableau 4 en annexe)
Près de la moitié des personnes interrogées ne savent pas comment prolonger la durée de vie de la batterie.
Conclusions de l'enquête :
1. Les batteries électriques sont une chose très utile. Ils donnent aux jouets et autres objets utiles indépendance et autonomie.
2. Chaque foyer possède des appareils qui nécessitent des piles.
3. La plupart des personnes interrogées se concentrent sur le prix et la marque lors de l'achat de batteries.
4. La plupart des gens ne savent pas comment prolonger la durée de vie des piles et les jettent donc immédiatement.
Conférence scientifique et pratique de l'école
jeunes et écoliers
"Recherche. La science. Ouverture."
ville de Novocheboksarsk
Nikolaïev Alexandre
élève de la classe 5A de l'établissement d'enseignement municipal « École secondaire n° 13 »
ville de Novocheboksarsk
Conseiller scientifique:
Komissarova Natalia Ivanovna,
Professeur de physique, Établissement d'enseignement municipal « École secondaire n°13 »
Novocheboksarsk, 2011
2. Historique de la création de la batterie…..…………………………………………………… 3-5
3. Structure de la batterie.. ……………………………………………………………… 5
4. Expérimentation………………………………………………………………………………………………… 5
5. À propos de l’utilisation des fruits et légumes pour produire de l’électricité. ................ 7
6. Conclusions…………………………………………………………………………………... 8
7. Littérature utilisée……………………………………………………….. 8
Introduction
Nos travaux sont consacrés aux sources d'énergie inhabituelles.
Les sources de courant chimique jouent un rôle très important dans le monde qui nous entoure. Ils sont utilisés dans les téléphones portables et les vaisseaux spatiaux, dans les missiles de croisière et les ordinateurs portables, dans les voitures, les lampes de poche et les jouets ordinaires. Chaque jour, nous rencontrons des piles, des accumulateurs, des piles à combustible.
Nous avons découvert pour la première fois l’utilisation non traditionnelle des fruits dans le livre de Nikolai Nosov. Selon le plan de l'écrivain, Shorty Vintik et Shpuntik, qui vivaient dans la ville fleurie, ont créé une voiture fonctionnant au soda avec du sirop. Et puis nous nous sommes demandé : et si les légumes et les fruits gardaient d’autres secrets ? En conséquence, nous voulions en savoir le plus possible sur les propriétés inhabituelles des légumes et des fruits.
Le but de notre travail est l'étude des propriétés électriques des fruits et légumes.
Nous nous sommes fixés ce qui suit Tâches:
1 Apprenez à connaître la conception de la batterie et ses inventeurs.
2. Découvrez quels processus se déroulent à l'intérieur de la batterie.
3. Déterminez expérimentalement la tension à l’intérieur de la batterie « savoureuse » et le courant généré par celle-ci.
4. Assemblez un circuit composé de plusieurs de ces piles et essayez d'allumer une ampoule.
5. Découvrez si les batteries de légumes et de fruits sont utilisées dans la pratique.
Histoire de la batterie
La première source chimique de courant électrique a été inventée par hasard, à la fin du XVIIe siècle, par le scientifique italien Luigi Galvani. En fait, le but des recherches de Galvani n’était pas du tout la recherche de nouvelles sources d’énergie, mais l’étude de la réaction des animaux de laboratoire à diverses influences extérieures. En particulier, le phénomène de génération et de circulation de courant a été découvert lorsque des bandes de deux métaux différents étaient fixées au muscle de la patte de grenouille. Galvani a donné une explication théorique incorrecte du processus observé.
Les expériences de Galvani sont devenues la base des recherches d'un autre scientifique italien, Alessandro Volta. Il a formulé l'idée principale de l'invention. La cause du courant électrique est une réaction chimique à laquelle participent des plaques métalliques. Pour confirmer sa théorie, Volta a créé un appareil simple. Il s'agissait de plaques de zinc et de cuivre immergées dans un récipient contenant une solution saline. En conséquence, la plaque de zinc (cathode) a commencé à se dissoudre et des bulles de gaz sont apparues sur l'acier au cuivre (anode). Volta a suggéré et prouvé qu'un courant électrique circule dans un fil. Un peu plus tard, le scientifique a assemblé une batterie entière à partir d'éléments connectés en série, grâce à quoi il a pu augmenter considérablement la tension de sortie.
C'est cet appareil qui est devenu la première batterie au monde et l'ancêtre des batteries modernes. Et les batteries en l'honneur de Luigi Galvani sont désormais appelées cellules galvaniques.
Un an plus tard, en 1803, le physicien russe Vasily Petrov assemblait la batterie chimique la plus puissante, composée de 4 200 électrodes de cuivre et de zinc, pour démontrer l'arc électrique. La tension de sortie de ce monstre atteignait 2500 volts. Cependant, il n’y avait rien de fondamentalement nouveau dans cette « colonne voltaïque ».
En 1836, le chimiste anglais John Daniel améliore l'élément voltaïque en plaçant des électrodes de zinc et de cuivre dans une solution d'acide sulfurique. Cette conception est devenue connue sous le nom d'« élément Daniel ».
En 1859, le physicien français Gaston Plante invente la batterie au plomb. Ce type de cellule est encore utilisé aujourd’hui dans les batteries de voitures.
Le début de la production industrielle de sources de courant chimiques primaires a été posé en 1865 par le Français J. L. Leclanche, qui a proposé une pile manganèse-zinc avec un électrolyte salin.
En 1890, à New York, Conrad Hubert, un immigrant russe, crée la première lampe de poche électrique. Et déjà en 1896, la société National Carbon commençait la production en série des premières cellules sèches au monde, Leclanche "Columbia". La pile voltaïque ayant la durée de vie la plus longue est la pile zinc-soufre, fabriquée à Londres en 1840.
Jusqu’en 1940, la pile au sel de manganèse-zinc était pratiquement la seule source de courant chimique utilisée.
Malgré l'apparition ultérieure d'autres sources de courant primaires présentant des caractéristiques supérieures, la pile au sel de manganèse-zinc est utilisée à une très large échelle, en grande partie en raison de son prix relativement bas.
Les sources de courant chimique modernes utilisent :
comme agent réducteur (à l'anode) - plomb Pb, cadmium Cd, zinc Zn et autres métaux ;
comme agent oxydant (à la cathode) - oxyde de plomb(IV) PbO2, hydroxyde de nickel NiOOH, oxyde de manganèse(IV) MnO2 et autres ;
comme électrolyte - solutions d'alcalis, d'acides ou de sels.
Appareil à batterie
Les cellules galvaniques modernes ont peu de points communs extérieurement avec le dispositif créé par Alessandro Volta, mais le principe de base est resté inchangé. Les batteries produisent et stockent de l’électricité. Il y a trois parties principales à l’intérieur de la pile sèche qui alimente l’appareil. Il s'agit d'une électrode négative (-), d'une électrode positive (+) et d'un électrolyte situé entre elles, qui est un mélange de produits chimiques. Les réactions chimiques provoquent le flux d'électrons de l'électrode négative à travers l'appareil, puis vers l'électrode positive. Grâce à cela, l'appareil fonctionne. Au fur et à mesure que les produits chimiques sont épuisés, la batterie s'épuise.
Le boîtier de la batterie, qui est en zinc, peut être recouvert à l'extérieur de carton ou de plastique. Il y a des produits chimiques sous forme de pâte à l’intérieur du boîtier et certaines batteries ont un noyau de carbone au milieu. Si la puissance de la batterie chute, cela signifie que les produits chimiques ont été épuisés et que la batterie n'est plus capable de produire de l'électricité.
Recharger de telles batteries est impossible ou très coûteux (par exemple, pour charger certains types de batteries, vous devrez dépenser des dizaines de fois plus d'énergie qu'elles ne peuvent en stocker, tandis que d'autres types ne peuvent accumuler qu'une petite partie de leur charge d'origine). Après cela, il ne vous reste plus qu’à jeter la batterie à la poubelle.
La plupart des batteries modernes ont été développées dès le XXe siècle dans les laboratoires de grandes entreprises ou d'universités.
partie expérimentale
Les scientifiques disent que si le courant est coupé chez vous, vous pouvez éclairer votre maison pendant un certain temps en utilisant des citrons. Après tout, tous les fruits et légumes contiennent de l’électricité, car ils nous chargent d’énergie lorsqu’ils sont consommés.
Mais nous n’avons pas l’habitude de croire tout le monde sur parole, nous avons donc décidé de le tester expérimentalement. Alors, pour créer une batterie « délicieuse », nous avons pris :
citron, pomme, oignon, pommes de terre crues et bouillies ;
plusieurs plaques de cuivre du kit électrostatique - ce sera notre pôle positif ;
plaques galvanisées du même ensemble - pour créer un pôle négatif ;
fils, pinces;
millivoltmètres, voltmètres
ampèremètres.
une ampoule sur pied, conçue pour une tension de 2,5 V et un courant de 0,16A.
Nous avons inscrit les résultats de l'expérience dans un tableau.
Conclusion: la tension entre les électrodes est à peu près la même. Et l’ampleur du courant est probablement liée à l’acidité du produit. Plus l'acidité est grande, plus le courant est important.
Si vous utilisez des pommes de terre bouillies plutôt que crues, la puissance de l'appareil augmentera 4 fois.
Nous avons décidé d'étudier comment la tension et le courant dépendent de la distance entre les électrodes. Pour ce faire, ils ont pris une pomme de terre bouillie, ont modifié la distance entre l'anode et la cathode et ont mesuré la tension et le courant sur la batterie. Les résultats de l'expérience ont été inscrits dans un tableau.
|
Distance entre les électrodes, cm |
Tension entre les électrodes, V |
Courant de court-circuit, mA |
|
1 |
0,6 |
2,1 |
|
2,5 |
0,7 |
3,6 |
|
3,5 |
0,7 |
3,8 |
|
5 |
0,8 |
4,2 |
Conclusion: La tension entre les électrodes et le courant augmentent avec la distance qui les sépare. Le courant de court-circuit est faible car La résistance interne des pommes de terre est élevée.
Ensuite, nous avons décidé de faire une batterie de deux, trois, quatre pommes de terre. Après avoir préalablement augmenté au maximum la distance entre les électrodes, ils ont connecté les pommes de terre en série dans le circuit. Les résultats de l'expérience ont été inscrits dans un tableau.
Conclusion: La tension aux bornes de la batterie augmente et le courant diminue. Le courant est trop faible pour allumer l'ampoule.
Par conséquent, nous prévoyons de découvrir davantage de quelles manières nous pouvons augmenter le courant dans le circuit et faire briller l’ampoule.
Cela fait un moment que nous surveillons nos « délicieuses » batteries. Les résultats de la tension mesurée sur les batteries ont été inscrits dans le tableau :
Conclusion: progressivement la tension sur toutes les batteries « délicieuses » diminue. Il y a encore de la tension sur la pomme, l'oignon et la pomme de terre bouillie.
En retirant les plaques de cuivre et de zinc des légumes et fruits, nous avons remarqué qu’ils étaient fortement oxydés. Cela signifie que l'acide a réagi avec le zinc et le cuivre. En raison de cette réaction chimique, un très faible courant électrique circulait.
À propos de l'utilisation des fruits et légumes pour produire de l'électricité.
Récemment, des scientifiques israéliens ont inventé une nouvelle source d’électricité respectueuse de l’environnement. Les chercheurs ont proposé d'utiliser des pommes de terre bouillies comme source d'énergie pour cette batterie inhabituelle, car dans ce cas, la puissance de l'appareil augmenterait 10 fois par rapport aux pommes de terre crues. Ces batteries inhabituelles peuvent fonctionner pendant plusieurs jours, voire plusieurs semaines, et l'électricité qu'elles génèrent est 5 à 50 fois moins chère que celle obtenue avec des batteries traditionnelles et au moins six fois plus économique qu'une lampe à pétrole lorsqu'elle est utilisée pour l'éclairage.
Des scientifiques indiens ont décidé d’utiliser les fruits, les légumes et leurs déchets pour alimenter des appareils électroménagers simples. Les batteries contiennent une pâte à base de bananes transformées, d'écorces d'orange et d'autres légumes ou fruits, dans laquelle sont placées des électrodes de zinc et de cuivre. Le nouveau produit s'adresse principalement aux habitants des zones rurales, qui peuvent préparer leurs propres ingrédients de fruits et légumes pour recharger des batteries inhabituelles.
Conclusions :
1 Nous avons fait connaissance avec le dispositif de la batterie et ses inventeurs.
2. Nous avons découvert quels processus se déroulent à l'intérieur de la batterie.
3. Fabriquer des batteries de légumes et de fruits
4. J'ai appris à déterminer la tension à l'intérieur de la batterie « savoureuse » et le courant créé par celle-ci.
5. Nous avons remarqué que la tension entre les électrodes et le courant augmentent avec la distance qui les sépare. Le courant de court-circuit est faible car La résistance interne de la batterie est élevée.
6. Nous avons découvert que la tension aux bornes d'une batterie composée de plusieurs légumes augmente, et le courant diminue. Le courant est trop faible pour allumer l'ampoule.
7. Ils ne pouvaient pas allumer une ampoule dans le circuit assemblé, car le courant est faible.
Les références:
1 Dictionnaire encyclopédique d'un jeune physicien. -M. : Pédagogie, 1991
2 O.F. Kabardine. Documents de référence sur la physique.-M. : Education 1985.
3 Dictionnaire encyclopédique des jeunes techniciens. -M. : Pédagogie, 1980.
4 Revue « Science et Vie », n° 10 2004.
5 A.K. Kikoin, I.K. Kikoin. Électrodynamique.-M. : Nauka 1976.
6 Kirilova I. G. Un livre à lire sur la physique. - Moscou : Education 1986.
7 Revue « Science et Vie », n° 11 2005.
8 N.V. Gulia. Physique étonnante.-Moscou : Maison d'édition NTs ENAS, 2005
Ressource Internet.
La vie moderne est dominée par l’électricité, présente partout. Il est effrayant de penser à ce qui se passerait si soudainement tous les appareils électriques disparaissaient ou tombaient en panne. Des centrales électriques de différents types, dispersées dans le monde, alimentent régulièrement les réseaux électriques qui alimentent les appareils en production et à domicile. Cependant, une personne est conçue de telle manière qu’elle n’est jamais satisfaite de ce qu’elle a. Être attaché par un fil à une prise électrique est trop gênant. Le salut dans cette situation réside dans les appareils qui alimentent en courant les lampes de poche électriques, les téléphones portables, les appareils photo et autres appareils utilisés loin de la source d'électricité. Même les petits enfants connaissent leur nom : les piles.
À proprement parler, le nom courant de « batterie » n’est pas tout à fait correct. Il combine plusieurs types de sources électriques conçues pour alimenter l’appareil de manière autonome. Il peut s'agir d'une seule cellule galvanique, d'une batterie ou d'une combinaison de plusieurs de ces cellules dans une batterie pour augmenter la tension supprimée. C'est cette connexion qui a donné naissance au nom familier à nos oreilles.
Les batteries, qu'il s'agisse de cellules galvaniques ou d'accumulateurs, sont une source chimique de courant électrique. La première source de ce type a été inventée, comme cela arrive souvent en science, par accident par le médecin et physiologiste italien Luigi Galvani à la fin du XVIIIe siècle.
Bien que l’humanité connaisse l’électricité en tant que phénomène depuis l’Antiquité, ces observations n’ont eu aucune application pratique pendant de nombreux siècles. Ce n'est qu'en 1600 que le physicien anglais William Gilbert publia l'ouvrage scientifique « Sur l'aimant, les corps magnétiques et le grand aimant terrestre », qui résumait les données alors connues sur l'électricité et le magnétisme, et en 1650, Otto von Guericke créa la machine électrostatique. c'était une boule de soufre montée sur une tige métallique. Un siècle plus tard, le Néerlandais Pieter van Musschenbroeck fut le premier à accumuler une petite quantité d'électricité à l'aide du premier condensateur « pot de Leyde ». Cependant, il était trop petit pour mener des expériences sérieuses. Des scientifiques tels que Benjamin Franklin, Georg Richmann et John Walsh ont étudié l’électricité « naturelle ». Ce sont les travaux de ce dernier sur les raies pastenagues électriques qui ont intéressé Galvani.
Désormais, personne ne se souviendra du véritable objectif de la célèbre expérience de Galvani, qui révolutionna la physiologie et inscrivit à jamais son nom dans la science. Galvani a disséqué la grenouille et l'a placée sur la table où se trouvait la machine électrostatique. Son assistant a accidentellement touché le nerf fémoral exposé de la grenouille avec la pointe d'un scalpel et le muscle mort s'est soudainement contracté. Un autre assistant a noté que cela ne se produit que lorsqu'une étincelle est retirée de la voiture.
Inspiré par cette découverte, Galvani a commencé à étudier méthodiquement le phénomène découvert - la capacité d'un médicament mort à démontrer des contractions vitales sous l'influence de l'électricité. Après avoir mené une série d’expériences, Galvani a obtenu un résultat particulièrement intéressant en utilisant des crochets en cuivre et une plaque d’argent. Si le crochet retenant la patte touchait la plaque, la patte, touchant la plaque, se contractait immédiatement et se levait. Ayant perdu le contact avec la plaque, les muscles de la patte se sont immédiatement détendus, elle est retombée sur la plaque, s'est contractée à nouveau et s'est relevée.
Luigi Galvani. Illustration de magazine. France. 1880
Ainsi, à la suite d'une série d'expériences minutieuses, une nouvelle source d'électricité a été découverte. Galvani lui-même, cependant, ne pensait pas que la cause du phénomène qu'il avait découvert était le contact de métaux différents. Selon lui, la source du courant était le muscle lui-même, excité par l'action du cerveau transmise par les nerfs. La découverte de Galvani a fait sensation et a donné lieu à de nombreuses expériences dans diverses branches de la science. Parmi les adeptes du physiologiste italien se trouvait son compatriote, le physicien Alessandro Volta.
En 1800, Volta a non seulement donné l'explication correcte du phénomène découvert par Galvani, mais a également conçu un dispositif qui est devenu la première source chimique artificielle de courant électrique au monde, l'ancêtre de toutes les batteries modernes. Il était constitué de deux électrodes, une anode contenant un agent oxydant et une cathode contenant un agent réducteur, en contact avec un électrolyte (une solution de sel, d'acide ou d'alcali). La différence de potentiel apparue entre les électrodes correspondait dans ce cas à l'énergie libre de la réaction redox (électrolyse), au cours de laquelle les cations de l'électrolyte (ions chargés positivement) sont réduits et les anions (ions chargés négativement) sont oxydés au niveau des électrodes correspondantes. . La réaction ne peut commencer que si les électrodes sont reliées par un circuit externe (Volta les a connectées avec un fil ordinaire), à travers lequel des électrons libres passent de la cathode à l'anode, créant ainsi un courant de décharge. Et bien que les batteries modernes aient peu de points communs avec l'appareil Volta, le principe de leur fonctionnement reste inchangé : il s'agit de deux électrodes immergées dans une solution électrolytique et reliées par un circuit externe.
L'invention de Volta a donné une impulsion significative à la recherche liée à l'électricité. La même année, les scientifiques William Nicholson et Anthony Carlyle ont utilisé l'électrolyse pour décomposer l'eau en hydrogène et oxygène, et un peu plus tard, Humphry Davy a découvert le potassium métallique de la même manière.
Les expériences de Galvani avec une grenouille. Gravure 1793
Mais avant tout, les cellules galvaniques sont sans aucun doute la source de courant électrique la plus importante. Depuis le milieu du XIXe siècle, lorsque les premiers appareils électriques sont apparus, la production massive de piles chimiques a commencé.
Tous ces éléments peuvent être divisés en deux types principaux : primaires, dans lesquels la réaction chimique est irréversible, et secondaires, qui peuvent être rechargés.
Ce que nous appelions autrefois une batterie est une source chimique primaire de courant, autrement dit un élément non rechargeable. Les premières batteries produites en série furent des batteries manganèse-zinc à sel puis à électrolyte épaissi, inventées en 1865 par le Français Georges Leclanché. Jusqu'au début des années 1940, c'était pratiquement le seul type de cellules galvaniques utilisé, qui, en raison de son faible coût, est encore très répandu aujourd'hui. Ces batteries sont appelées piles sèches ou piles carbone-zinc.
Une batterie électrique géante conçue par W. Wollaston pour les expériences de H. Davy.
Schéma de fonctionnement d'une source de courant chimique artificiel par A. Volta.
En 1803, Vassili Petrov créa le pôle voltaïque le plus puissant du monde, utilisant 4 200 cercles métalliques. Il a réussi à développer une tension de 2 500 volts et a également découvert un phénomène aussi important que l'arc électrique, qui a ensuite commencé à être utilisé dans le soudage électrique, ainsi que pour les détonateurs électriques d'explosifs.
Mais la véritable avancée technologique a été l’avènement des piles alcalines. Bien que leur composition chimique ne soit pas particulièrement différente de celle des éléments Leclanchet et que leur tension nominale soit légèrement augmentée par rapport aux éléments secs, en raison d'un changement fondamental de conception, les éléments alcalins peuvent durer quatre à cinq fois plus longtemps que les éléments secs, sous réserve toutefois de certaines conditions. conditions.
La tâche la plus importante dans le développement des batteries est d’augmenter la capacité spécifique de la cellule tout en réduisant sa taille et son poids. Pour y parvenir, de nouveaux systèmes chimiques sont constamment recherchés. Les piles primaires les plus high-tech actuelles sont le lithium. Leur capacité est deux fois supérieure à celle des piles sèches et leur durée de vie est nettement plus longue. De plus, alors que les piles sèches et alcalines se déchargent progressivement, les piles au lithium maintiennent la tension pendant presque toute leur durée de vie et la perdent ensuite soudainement. Mais même la meilleure batterie ne peut rivaliser en efficacité avec une batterie rechargeable, dont le principe repose sur la réversibilité d'une réaction chimique.
Les gens ont commencé à réfléchir à la possibilité de créer un tel appareil au 19ème siècle. En 1859, le Français Gaston Plante invente la batterie au plomb. Le courant électrique qu'il contient résulte des réactions du plomb et du dioxyde de plomb dans un environnement d'acide sulfurique. Lors de la génération de courant, une batterie déchargée consomme de l'acide sulfurique, formant du sulfate de plomb et de l'eau. Pour le charger, le courant provenant d'une autre source doit traverser le circuit dans la direction opposée, et l'eau sera utilisée pour former de l'acide sulfurique, libérant du plomb et du dioxyde de plomb.
Malgré le fait que le principe de fonctionnement d'une telle batterie ait été décrit il y a assez longtemps, sa production en série n'a commencé qu'au 20e siècle, car la recharge de l'appareil nécessite un courant haute tension, ainsi que le respect d'un certain nombre d'autres conditions. . Avec le développement des réseaux électriques, les batteries au plomb sont devenues indispensables et sont encore utilisées aujourd'hui dans les voitures, trolleybus, tramways et autres véhicules électriques, ainsi que pour l'alimentation électrique de secours.
De nombreux petits appareils électroménagers fonctionnent également avec des « piles rechargeables », des piles rechargeables qui ont la même forme que les piles voltaïques non renouvelables. Le développement de l’électronique dépend directement des progrès réalisés dans ce domaine.
Elément de batterie J. Leclanche.
Batterie sèche.
Téléphone portable, appareil photo numérique, navigateur, ordinateur portable et autres appareils similaires au 21e siècle. Cela ne surprendra personne, mais leur apparition n'est devenue possible qu'avec l'invention de batteries compactes de haute qualité, dont la capacité et la durée de vie augmentent chaque année.
Les batteries nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique ont été les premières à remplacer les cellules galvaniques. Leur inconvénient majeur était "l'effet mémoire" - une diminution de la capacité si la charge était effectuée alors que la batterie n'était pas complètement déchargée. De plus, ils perdaient progressivement leur charge même lorsqu'il n'y avait pas de charge. Ces problèmes ont été largement résolus par le développement des batteries lithium-ion et lithium-polymère, désormais couramment utilisées dans les appareils mobiles. Leur capacité est bien supérieure, ils se rechargent sans perte à tout moment et tiennent bien la charge en état de veille.
Il y a plusieurs années, des rumeurs ont circulé dans les médias selon lesquelles des scientifiques américains étaient sur le point d'inventer une « batterie éternelle » composée d'une cellule bêtavoltaïque, dont la source d'énergie est constituée d'isotopes radioactifs émettant des particules bêta. On suppose qu'une telle source d'énergie permettra à un téléphone portable ou à un ordinateur portable de fonctionner sans recharge pendant 30 ans. De plus, à la fin de sa durée de vie, la batterie non toxique et non radioactive restera absolument sûre. L’apparition de cet appareil miracle, qui aurait sans aucun doute révolutionné l’industrie, aurait frappé très durement les poches des fabricants de batteries traditionnelles, c’est pourquoi il n’est toujours pas dans les rayons.
Un appareil moderne pour charger des piles AA rechargeables.
