Sans piles, il n'y aurait pas de téléphones portables, de montres, de tablettes, d'appareils auditifs, de lampes de poche, de voitures électriques ou de satellites de communication - et la liste est longue. La première batterie a été inventée il y a plus de 200 ans, et depuis lors, ces appareils ingénieux sont devenus indispensables dans notre vie quotidienne.
Qu'est-ce qu'une batterie ?
En termes simples, une batterie est tout appareil pouvant fournir une source temporaire d'énergie électrique portable.
Dans un circuit électrique, les batteries servent de source d'alimentation en créant une différence de potentiel qui entraîne le flux de courant électrique. Lorsque le courant traverse le circuit, il transfère de l'énergie à tous les appareils qui y sont connectés. Dans un tel circuit, le type de courant qui circule est le courant continu. En d'autres termes, le courant qui circule va dans une direction continue.
Inversement, l'énergie fournie par une centrale électrique est accessible via les prises de votre maison et se présente sous forme de courant alternatif. Ce type de courant alterne sens avec une certaine fréquence afin d'alimenter les appareils.
Comment fonctionnent les piles
Une batterie typique est composée d'une ou plusieurs cellules qui ont un cathode (borne positive) à une extrémité et un anode (borne négative) à l'autre extrémité. Les réactions chimiques contenues à l'intérieur provoquent une accumulation de charge électrique aux bornes, produisant un potentiel électrique à travers les nœuds via la libération d'énergie chimique.
Les réactions chimiques dans la batterie provoquent une accumulation d'électrons à l'anode. Cela crée un potentiel électrique entre la cathode et l'anode. Les électrons veulent atteindre la cathode afin de neutraliser la charge, mais ils ne peuvent pas le faire en traversant le matériau électrolytique à l'intérieur de la batterie elle-même. Au lieu de cela, les électrons circulent facilement à travers un fil conducteur reliant l'anode à la cathode.
Finalement, les processus chimiques créant le surplus d'électrons dans l'anode s'arrêtent et la batterie meurt. Avec les batteries rechargeables (également appelées batteries secondaires), cependant, ce processus peut être inversé en connectant les batteries aux chargeurs de batterie après leur mort. La recharge d'une batterie inverse le flux d'électrons en utilisant une autre source d'alimentation. Les processus chimiques dans la batterie sont capables de s'inverser en raison de cette énergie ajoutée, et la batterie sera à nouveau capable d'alimenter un circuit par elle-même.
Créez votre propre batterie au citron !
Un excellent moyen de mieux comprendre le fonctionnement d'une batterie est de créer votre propre batterie à la maison avec un citron, un clou en zinc et une pièce de cuivre, et de l'utiliser pour alimenter une petite ampoule.
Insérez une pièce de cuivre dans un côté du citron et insérez le clou galvanisé (zingué) dans l'autre côté (en vous assurant que les deux éléments ne se touchent pas à l'intérieur du citron). Le clou servira d'électrode positive (cathode), et la pièce de monnaie sera l'électrode négative (anode). Le jus de citron sert d'électrolyte. Vous pouvez ensuite connecter un voltmètre sur votre batterie au citron pour voir la tension qu'il crée. Si nécessaire, vous pouvez connecter plusieurs piles citron en série pour créer une tension suffisante pour alimenter une petite ampoule.
Différents types de piles
Les batteries sont de toutes formes, tailles, compositions et tensions. Certains des types les plus courants sont :
- Piles rechargeables utilisées dans les appareils électroniques domestiques courants. Il s'agit notamment des batteries lithium-ion, nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique (NiMH). Les noms des batteries indiquent les électrolytes qu'elles contiennent.
- Les batteries au plomb sont également rechargeables, mais elles sont utilisées pour des applications plus lourdes (comme les batteries de voiture, par exemple).
- Les piles qui ne sont généralement pas rechargeables comprennent les piles alcalines ou les piles sèches zinc-carbone.