Pile électrique
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Introduction

Piles salines et alcalines, les plus courantes.
Différentes piles : deux piles de 9 volts, deux AAA, deux AA, une C, une D, une pour caméscope, une pour téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix humaine.) sans fil et une pour une radio amateur.

Une pile électrique (ou plus simplement pile) est un dispositif électrochimique transformant l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) d'une réaction chimique en énergie électrique (Un apport d'énergie électrique à un système électrotechnique est nécessaire pour qu'il effectue un travail : déplacer une charge, fournir de la lumière,...). Dans une pile du commerce, les réactifs sont introduits à la fabrication. Quand ils sont épuisés, la tension (La tension est une force d'extension.) s'effondre et on doit remplacer la pile usagée.

À l'origine, le terme désignait un élément unique composé d'un empilement d'une rondelle d'un métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des métaux alcalins. Les...) et d'un autre baignant dans un électrolyte. Par extension, le mot « pile » désigne toute batterie monobloc non rechargeable. Cependant, le terme « batterie » désigne un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) d'éléments utilisés en série pour obtenir une tension souhaitée, dans un emballage unique. Une batterie peut être rechargeable ou non. Dans le langage courant, c'est généralement une batterie lorsqu'elle est rechargeable, notamment batterie de voiture, au plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin...). Mais la locution « pile rechargeable » n'a pas de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution...). De même, par abus de langage, le terme « pile » est utilisé pour désigner d'autres générateurs électrochimiques : pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre...), accumulateur électrique (Un accumulateur électrique ou simplement un accumulateur pour les techniciens accu, est un dispositif destiné à stocker l'énergie électrique, sous forme électrique (condensateur) ou accumulateurs...).

Principe

Symbole électronique d'une pile qui se réfère à la structure de la pile voltaïque.
Schéma d'une pile. Chaque récipient sert de demi-cellule. Dans chaque demi-cellule, une électrode (symbolisée par une brique) y est plongée. Les deux demi-cellules sont également reliées par un pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement supporte le passage d'hommes et de...) salin, lequel sert au maintien de l'équilibre des charges électriques. Ce pont permet le passage d'ions, mais pas celui du solvant. Lorsque les électrodes sont constituées de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise...) présentant une différence de potentiel suffisante, un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un...) s'établit de la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction cathodique. Elle correspond à la borne positive (+) dans une pile électrique qui débite et à la...) à l'anode (L'anode est l'électrode où a lieu une réaction électrochimique d'oxydation (menant à la production d'électrons) par opposition à la cathode où se produit une réaction électrochimique de réduction (menant à la...), c'est-à-dire de l'électrode positive à l'électrode négative.

Le boîtier d'une pile abrite une réaction chimique entre deux substances dont l’une peut céder facilement des électrons (matériau réducteur), et l’autre qui les absorbe (matériau oxydant). Chacune de ces réactions chimiques est dite « demi-réaction ». Lorsque proprement combinées, elle forment une réaction d'oxydo-réduction. Chaque demi-réaction survient dans une solution où se produit un échange d'électrons. Ce sont ces électrons qui sont échangés entre les deux substances. Pour assurer l'équilibre des charges électriques, il faut relier les deux solutions à l'aide d'un pont salin, système qui permet le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..)....) de certains ions tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en interdisant la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) du solvant.

Chaque élément du couple oxydant/réducteur est relié à une électrode. Ces électrodes, lorsqu'elles sont reliées à un consommateur électrique, provoquent la circulation d'un courant électrique ; la réaction chimique provoque une circulation de charges (électrons, ions). Une pile fournit donc du courant continu (Le courant continu est un courant électrique indépendant du temps ou, par extension, un courant périodique dont la composante continue est d'importance primordiale). La borne (-) d'une pile correspond à l'anode où se produit la réaction d'oxydation qui va fournir les électrons. La borne (+) d'une pile correspond à la cathode où se produit la réaction de réduction qui va consommer les électrons.

Ce système est utilisé pour les piles électriques et les batteries d'accumulateurs, avec divers couples électrochimiques. Une pile électrique peut contenir plusieurs de ces couples montés en série, ce qui permet d'augmenter la tension disponible aux bornes de la pile.

Il est possible de réaliser une pile artisanale, par exemple en piquant dans un citron (Le citron est un agrume, fruit du citronnier. Le citronnier (Citrus limon) est un arbuste de 5 à 10 m de haut, à feuilles persistantes.) un trombone déplié (en acier) et un fil électrique (Un fil électrique, ou câble électrique est un organe fait d'un matériaux conducteur servant au transport de l'électricité. Il peut être mono-brin ou multi-brin, entouré ou non d'une enveloppe isolante (plastique,...) dénudé (en cuivre) reliés à une petite lampe ou une diode électroluminescente bien choisie. On trouve dans le commerce des gadgets qui utilisent ce principe : par exemple des petites horloges à quartz qui sont alimentées par une pomme de terre (La pomme de terre, ou patate (langage familier, canadianisme et français régional), est un tubercule comestible produit par l'espèce Solanum tuberosum, appartenant à la famille des solanacées. Le terme désigne...).

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