Chapitre 5

1) Electrostatique :
I) Aperçu historique :
Chapitre 5 : LA PILE DANIEL
Les phénomènes électrostatiques sont connus depuis l'antiquité.
Le fait de frotter un morceau d'ambre (résultat de la fossilisation
de la sève) avec un morceau de drap lui confère la propriété
d'attirer de petits bouts de papier ou de détourner un filet d’eau.
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"Electron" est le mot grec qui désigne l'ambre jaune et qui a
donné le nom d'électricité.
A la fin du XVIIIe siècle, l'origine de l'électricité reste un mystère
malgré l'invention de la machine électrostatique par l'ingénieur
anglais RAMSDEN (1735-1800).
Cette machine, à produire des étincelles et donc à accumuler
de l'électricité, sera perfectionnée à la fin du XIXe siècle par le
physicien britannique James WIMSHURST (1832-1903) après
que la nature atomique de l'électricité sera connue.

2) Volta et Galvani :
I) Aperçu historique :
Chapitre 5 : LA PILE DANIEL
En 1786, l'anatomiste italien Luigi GALVANI (1737-1798) expérimente les
effets de l'électricité produite par la machine de Ramsden sur des cadavres
d'animaux (en particulier les grenouilles). A la suite de ses travaux, Galvani en
conclut à l'existence d'une "électricité animale" (ancêtre de l'influx nerveux).
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C'est pour prouver sa théorie que Volta, en 1800, commence
à imaginer des instruments composés de disque de métaux
différents (cuivre et zinc) empilés les uns sur les autres et
séparés par de la feutrine, le tout est immergé dans l'eau
acidulée (solution aqueuse acide).
C'est de ces disques empilés qui produisent de l'électricité
que vient le nom de "pile".
Le physicien Alessandro VOLTA (1745-1827) ayant entendu parler des
travaux de Galvani, entreprend ses propres expériences pour démontrer que
l'électricité a pour origine, au contraire, la nature des contacts entre des
métaux différents.

3) Becquerel et Daniel :
I) Aperçu historique :
Chapitre 5 : LA PILE DANIEL
Au cours du début du XIXe siècle de nombreux savants, comme
CRUIKSHANK, WOLLASTON, DAVY, améliorent l'efficacité de la "pile".
Parallèlement, d'autres physiciens comme GAY-LUSSAC, AMPERE, ARAGO
font progresser la connaissance sur l'origine de l'électricité.
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Pour palier à cet inconvénient, en 1829, le physicien français
Antoine BECQUEREL (1788-1878) met au point une
nouvelle pile. Dans cette pile, le zinc (Zn), plongeant dans
une solution de sulfate de zinc(Zn2+, SO42-), est séparé du
cuivre (Cu), plongeant dans une solution de sulfate de
cuivre, par une membrane de baudruche (vessie de porc).
Mais, les piles s'usent rapidement, leur efficacité décroît (leur
force électromotrice diminue). Cette perte d'efficacité est due
à des phénomènes de polarisation.
En 1836, le physicien anglais John Frédéric DANIEL (1790-
1845) améliore encore la pile en remplaçant la membrane
par une paroi poreuse en terre semi-cuite.

1) Description et utilisation :
II) Pile zinc/cuivre :
Chapitre 5 : LA PILE DANIEL
La pile zinc/cuivre comporte deux compartiments :
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-
le compartiment n° 1 contient une solution aqueuse de sulfate de zinc dans
laquelle plonge une lame de zinc. Nous avons donc le couple Zn2+/Zn.
-
le compartiment n° 2 contient une solution de sulfate de cuivre II dans laquelle
plonge une lame de cuivre. Nous sommes en présence du couple Cu2+/Cu.
L'ensemble constitué par une électrode métallique plongeant dans une
solution aqueuse des ions de ce métal constitue une demi-pile. Elle met
en présence les deux partenaires d'un couple Oxydant/Réducteur.

1) Description et utilisation :
II) Pile zinc/cuivre :
Chapitre 5 : LA PILE DANIEL
Les deux compartiments sont reliés par un pont électrochimique qui permet le
contact électrique entre les deux solutions, sans qu'elles se mélangent.
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On branche un ampèremètre en série avec une résistance aux bornes de la
pile zinc/cuivre. Le sens de déviation de l'aiguille de l'ampèremètre montre
que la lame de cuivre constitue la borne positive (+), la lame de zinc
constituant la borne négative (-).