Pile à Hydrogène
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Pile à Hydrogène 2nde Lycée PGDG Transport, énergie et environnement Suite Objectifs • Découverte du fonctionnement et des utilisations d’une pile à hydrogène • Mesure des caractéristiques et performance d’une pile à hydrogène • Synthèse des travaux menés sous forme d’une présentation orale étayée par un diaporama Suite Matériel à disposition Vous disposez : • d’une pile à hydrogène et de sa notice d’utilisation • d’une alimentation stabilisée • d’un boîtier de résistances • de multimètres • d’un chronomètre • d’eau déminéralisée • de deux postes informatiques Suite Organisation Division de l’équipe en 2 Séance Séance Séance Séance Séance 1 2 3 4 5 Découverte sujet Recherche fonctionnement Recherche utilisations Mesures de la « charge » de la pile Mesures de la « décharge » de la pile Prépa. diaporama mesures Prépa. diaporama fonctionnement et utilisation Fusion diaporamas Préparation oral Présentation synthèse des travaux Cliquer sur les cadres ( et ) sur le planning pour accéder aux consignes relatives à chaque activité Fonctionnement et d’une pile à hydrogène Suite Rechercher à l’aide de moteurs de recherche sur internet le principe de fonctionnement d’une pile à hydrogène. Consigner les éléments obtenus (images, textes…) en vue de la présentation que vous aurez à faire Retour Utilisations d’une pile à hydrogène Suite Rechercher à l’aide de moteurs de recherche sur internet ou sur « lesite.tv » les utilisations d’une pile à combustible. Consigner les éléments obtenus (images, textes…) en vue de la présentation que vous aurez à faire Retour Mesure des caractéristiques et performances « charge » de la pile Suite Préparation de la pile Remplir les réservoirs d’eau de la pile en suivant les instructions données par la notice (p15) ATTENTION : N’UTILISER QUE DE L’EAU DEMINERALISEE Remettre la pile à l’endroit et attendre 10 minutes avant de débuter la charge Suite « Charge » de la pile Principe : La pile sera ici utilisée comme électrolyseur pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène à partir d’eau et d’énergie électrique. Son fonctionnement peu être modélisé par le diagramme fonctionnel ci-dessous: Eau Énergie électrique TRANSFORMER Électrolyseur Énergie chimique (hydrogène + oxygène) Pertes d’énergie Suite Réglage de l’alimentation stabilisée Au préalable à l’utilisation, lire les mises en garde figurant en bas de page 15 de la notice. Régler le seuil de courant d’une alimentation stabilisée à 0,1A (utiliser de préférence une alimentation à seuils prédéfinis). Vérifier le réglage en mettant les bornes de l’alimentation en court circuit. Régler la tension à 2V Suite Raccordement de la pile à l’alimentation stabilisée Raccorder la pile à l’alimentation en respectant la polarité Mettre en route l’alimentation stabilisée Suite Mesures pendant la charge On cherche à déterminer l’énergie apportée par l’alimentation stabilisée à la pile pendant la charge Relever à l’aide du chronomètre le temps mis pour produire 8ml d’hydrogène (passage de la graduation « 4ml » à la graduation « 12ml » du niveau d’hydrogène) Relever les valeurs de la tension (en Volts) et du courant (en Ampère) délivrés par l’alimentation stabilisée Suite Exploitation des mesures Détermination de la puissance fournie par l’alimentation stabilisée à la pile Rechercher comment calculer la puissance électrique (en Watt) circulant dans un circuit électrique à partir de la tension (en Volt) aux bornes de ce circuit et du courant (en Ampère) y circulant. Calculer la puissance électrique (en Watt) fournie par l’alimentation stabilisée à la pile. Suite Exploitation des mesures Détermination de l’énergie fournie par l’alimentation stabilisée à la pile Rechercher comment calculer une énergie délivrée (en Joule) à partir de la puissance (en Watt) et de la durée (en secondes) pendant laquelle est délivrée cette puissance. Calculer l’énergie électrique (en Joule) fournie par l’alimentation stabilisée à la pile pour produire 8ml d’hydrogène Suite Vous avez terminé les manipulations et mesures relatives à la « charge » de la pile Consignez vos résultats puis cliquer sur le cadre ci-dessous pour revenir à la page « organisation » Retour Mesure des caractéristiques et performances « décharge » de la pile Suite Vérification de l’état de « charge » de la pile Vous disposez d’un pile dont le réservoir d’hydrogène est plein (graduation 16ml) et dont le réservoir d’oxygène est au minimum à moitié plein (graduation 8ml) Si ce n’est pas le cas, mettre la pile en charge en suivant les instructions données par votre professeur. Suite « Décharge » de la pile Principe : La pile sera ici utilisée comme générateur de courant Son fonctionnement peu être modélisé par le diagramme fonctionnel ci-dessous: Énergie chimique (hydrogène + oxygène) TRANSFORMER Pile à Hydrogène Énergie électrique Pertes d’énergie Eau Suite Vérification du fonctionnement : Placer la pile sur le châssis motorisé et la raccorder Faire fonctionner ce modèle réduit de véhicule à hydrogène quelques secondes au sol Suite Branchement des appareils de mesure Raccorder la pile au boîtier des résistances (commencer par la résistance la plus importante) en plaçant un voltmètre sur les bornes de la pile et un ampèremètre en série sur le circuit alimentant la résistance Pile Résistance V A Suite Mesures des performances de la pile : Relever en branchant successivement la pile sur les différentes résistances les valeurs de la tension (en Volt) et du courant (en Ampère) Calculer la puissance (en Watt) délivrée par la pile dans chaque cas (voir avec le groupe ayant fait les mesures de charge pour le calcul de la puissance) Si le niveau d’hydrogène est inférieur à 12ml en fin de manipulation, procéder à une recharge partielle en suivant les instructions donnés par votre professeur Suite Mesure de l’énergie délivrée par la pile Mettre la pile en décharge sur la résistance pour laquelle la puissance délivrée est maximale. Relever le temps (en secondes) mis pour que le niveau d’hydrogène repasse de 12 à 4ml ainsi que les valeurs de la tension et du courant pendant cette décharge. Calculer l’énergie (en Joule) délivrée par la pile à la résistance pendant la décharge (voir avec le groupe ayant fait les mesures de charge pour les calculs) Suite Vous avez terminé les manipulations et mesures relatives à la « décharge » de la pile Consignez vos résultats puis cliquer sur le cadre ci-dessous pour revenir à la page « organisation » Retour Préparation de la présentation de vos travaux Suite Prescriptions générales : Vous devez préparer une prestation orale de l’ordre de 10 minutes destinée à présenter vos travaux à vos camarades. Cette présentation s’appuiera sur un diaporama projeté sur écran. Elle comprendra: •Une présentation du support d’étude •Une présentation des recherches, mesures et manipulations effectuées •Une présentation des résultats obtenus Suite Conseils méthodologiques : Le diaporama est un support pour votre prestation orale. Il vous permet d’apporter ce que vous ne pouvez exposer par la parole. En conséquence : Prévoir : Éviter : •Photos •Textes •Croquis •Formules •Résultas •Courbes •… Constituer simultanément à vos diapositives un document de type « texte » sur lequel figure de façon synthétique (ne pas rédiger) ce qui doit être dit lors de la projection de chaque diapositive Suite Prescriptions particulières : Pour la pile à hydrogène, votre présentation comportera notamment les éléments suivants : •Principe électrochimique de fonctionnement •Calcul de l’énergie fournie à la pile pour la charge •Performances de la pile (tableau ou courbes) •Calcul de l’énergie restituée par la pile •Comparaison de l’énergie restituée et de l’énergie fournie en valeur et % (rendement) •Utilisations actuelles et envisagées d’une pile à hydrogène Retour
