Caractéristiques d'une pile ; étude d'un électrolyseur : bac STL 2011.

Détermination de la caractéristique d’une pile. Lors d’une séance de travaux pratiques, un élève est amené à étudier les grandeurs physiques caractéristiques d’une pile (sa f.é.m E et sa résistance interne r). Pour cela, il réalise le montage comportant, en série, les dipôles suivants : une pile, un interrupteur et un rhéostat monté en résistance variable. Il mesure simultanément la tension UG aux bornes de la pile et l’intensité I du courant circulant dans le circuit pour différentes positions du curseur du rhéostat. Il obtient le tableau de mesures suivant : I(A) 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 UG(V) 9,00 8,89 8,78 8,66 8,54 8,42 8,30 Schématiser le circuit en incluant les appareils de mesures (ampèremètre et voltmètre) en précisant la nature des branchements (V, A et COM). L’ampèremètre utilisé possède les calibres suivants : 2 mA ; 20 mA ; 200 mA ; 2 A et 10 A. Donner le calibre le mieux adapté pour effectuer les mesures précédentes. Ce calibre doit être supérieur à la valeur maximale 0,60 A et le plus proche possible : donc 2 A. Tracer la courbe UG = f(I) donnant l’évolution de la tension UG en fonction de l’intensité I. Pour UG, on commence le graphe à 8,0 V. Décrire l’allure de cette courbe et déterminer son équation.  En déduire les valeurs de la force électromotrice E et de la résistance interne r de la pile. La courbe est une droite ne passant pas par l'origine ; le coeficient directeur de la droite est négatif ; il s'agit d'une fonction affine décroissante. . Etude d’un électrolyseur. Dans l’industrie, on réalise l’électrolyse de la solution aqueuse de chlorure de sodium afin d’obtenir notamment de l’eau de javel et de la soude (hydroxyde de sodium). Un élève décide de reproduire en laboratoire cette électrolyse et s’intéresse à la puissance dissipée par l’électrolyseur. Pour cela, il relie, en série, l’électrolyseur à la pile étudiée dans la partie 1 de cet exercice et à un interrupteur. La force contre-électromotrice de l’électrolyseur est E’ = 6,00 V. La valeur de l’intensité du courant qui circule dans ce circuit est I = 0,30 A. Schématiser ce nouveau circuit en représentant le sens du courant ainsi que les tensions UG aux bornes de la pile et UE aux bornes de l’électrolyseur. Donner la relation entre les tensions UG et UE. Dans ces conditions, sachant que UE = E’+ r’I  montrer que la valeur de la résistance interne r’ de l’électrolyseur est r’ = 8,8 Ω. UG =UE ; 9,0 -1,2 I = 6+ r' I r' = (9-6) /I -1,2 = 3 / 0,3 -1,2 = 10-1,2 = 8,8 ohms. Calculer la puissance dissipée par l’électrolyseur, par effet Joule. PJ = r' I2 = 8,8 *0,32 =0,792 ~0,79 W.

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