Les générateurs de tension continue.

[La f.e.m]       [La résistance interne]       [Les associations de générateurs]       [La capacité d'une batterie]       [Exercices résolus]      
1. Un peu d'histoire.

Alessandro VOLTA 1745-1827

Une pile VOLTA
    Volta est né à Côme en 1745; il est issu d'une famille noble que la malchance et les malheurs ont appauvrie. En 1758, Volta entra au collège des Jésuites où on lui enseigna le Grec, le Latin et la Rhétorique. Déjà à cette époque, il se révèle très brillant. Volta était un poète amant de la nature. Ses poèmes, écrits pour la plupart en italien ou en Latin, étaient tellement bons que les Jésuites lui ont demandé d'entrer dans l'Ordre. Volta refusa, il était trop indépendant; il voulait conserver sa liberté et il ne voulait pas se plier à une si sévère discipline. Vers 1775, Volta commença ses premiers travaux sur les phénomènes électriques. Il mit au point l'électrophore qui permettait de multiplier des charges électriques et l'électroscope qui permettait de déceler les différences de potentiel qu'on désigna par la suite en Volt en son honneur. Ensuite, il fut nommé professeur de physique expérimentale à l'École de Côme. Volta s'ennuie, son travail ne satisfait pas son amour pour la nature. Il recommence à faire de longues promenades en forêt. Durant une de ses promenades, il observa qu'un certain gaz se libérait d'un marais. Après avoir étudié ce phénomène et fait plusieurs expériences, il n'y avait plus de doute: un nouveau gaz était né, le méthane. Ce gaz est formé par la décomposition de matière organique. Par la suite, il découvrit l'Eudiomètre à eau qui permet d'analyser la composition de l'air.

    Volta devient de plus en plus important et en 1777, il effectuera plusieurs rencontres importantes dont celle de Daniel Bernoulli, l'un des inventeurs de la théorie cinétique des gaz et de l'hydrodynamique. Avant son installation à Genève, il rencontra le physiologiste Albrecht Von Haller.

    En 1779, il est nommé à la chaire de physique expérimentale de Pavie. Puisqu'il devenait de plus en plus grand et important, certains jaloux ont essayé de le chasser de son poste en écrivant dans certains journaux qu'il négligeait ses classes pour se consacrer davantage à ses travaux personnels. Suite à ces travaux, en 1800, la première pile était née.


Georges LECLANCHE

Ingénieur français né à Parmain près de L'Isle Adam (Val d'Oise) en 1839 et mort à Paris le 14 septembre 1882.
Georges Leclanché était le fils de Léopold Leclanché et d'Eugénie de Villeneuve.

Son père, ancien élève de Saint-Cyr, était ami et collaborateur de Ledru Rollin et fut avocat et commissaire de la République. Sa mère, Eugénie de Villeneuve était la fille d'un député à la Convention.
Pendant les journées de juin 1848, elle fut malmenée par les policiers venus arrêter son mari, et mourut quelques mois plus tard en mettant au monde son deuxième fils, Maurice Leclanché.
La famille Leclanché était aussi amie de Victor Hugo ce qui ne pouvait pas être neutre en cette période troublée.
Compte tenu de la situation politique du moment, l'éducation de Georges Leclanché se fit en Angleterre. Il ne revint en France que vers 1856, pour entrer à l'Ecole Centrale des Arts et Manufactures. Il en sort Ingénieur en 1860.
Engagé par la Compagnie des Chemins de Fer de l'Est, il met au point un système de transmission électrique de l'heure mais les piles employées alors ne lui donnent pas satisfaction.
Il fait des recherches en électrochimie et étudie en laboratoire la pile au carbonate de cuivre.
Nous sommes en 1863.Georges Leclanché s'exile en Belgique suite aux pressions du second Empire et retrouve à Bruxelles la famille de Victor Hugo.
Il crée un petit laboratoire dans une remise et y construit une pile au carbonate de cuivre qu'il fait breveter le 8 janvier 1866.
Il l'améliore dans un premier temps puis met au point sa première pile au manganèse. Son invention est primée en 1867 à l'Exposition Universelle de Paris.
Un ami belge, Monsieur Mourlon l'aide à industrialiser cette découverte et le met en rapport avec l'Administration Belge des Télégraphes.
La même année, après des testes concluants, l'Administration Belge et les Chemins de Fer Néerlandais décident d'adopter sa pile.
Le pôle positif de la pile était constituée, à cette époque, d'une plaque de charbon de 4 à 5 mm d'épaisseur et portait, ficelée puis baguée sur chacune de ses faces, une briquette de peroxyde de manganèse mélangé avec du charbon, le tout aggloméré avec du brai.
Georges Leclanché s'attache à perfectionner sa pile et à supprimer le brai qui nuit au fonctionnement de la pile.
Nous sommes en 1871. Les ateliers Mourlon-Leclanché fabriquent des piles, au rez-de-chaussée d'un immeuble de la rue de Cologne (aujourd'hui rue d'Arschool) à Bruxelles. L'entreprise emploie 5 ouvriers et 80.000 piles sont déjà en service sur les télégraphes belges.
Avec le rétablissement de la République, Georges Leclanché rentre en France.
Il reprend ses travaux en laboratoire et ouvre un atelier au 19 de la rue de Bellefond, puis au 9 de la rue de Laval à Paris. A cette époque, la famille Hugo habitait au 26 de la même rue.
M. Barbier est chargé d'exploiter ses brevets et est le seul fabricant de piles en France.
Nous sommes toujours à l'époque du vase poreux.
Vers 1878, M. Barbier sort un nouvel élément dite pile leclanché-Barbier.
A partir de cette époque, la santé de Georges Leclanché se dégrade. Il laisse progressivement la direction de la fabrique à M. Barbier qui a sa confiance.
Nous sommes en 1880, le déploiement du téléphone et du chemin de fer fait exploser le marché de la pile et l'entreprise est florissante.
Georges Leclanché va cependant mourir, à l'age de 43 ans, des suites d'une longue maladie, le 14 septembre 1882.
Georges LECLANCHE 1839-1882

La pile Leclanché


2. Le générateur de tension continue.

U = E - rI
Avec U et E en V, I en A
et r en W
r désigne la résistance interne du générateur.


Si la pile ne débite pas (I = 0) alors U = E
rI est la chûte de potentiel aux bornes de la pile quand elle débite.


3. Capacité d'une batterie.



4. Associations de générateurs.



Cette association présente l'avantage d'obtenir des tensions plus élevées.
L'inconvénient étant que la résistance interne de cette association est plus élevée.


U = (E1 + E2 + E3) - (r1 + r2 + r3)I
Avec U et les fem en V et I en A




Cette association présente l'avantage d'avoir une résistance interne diminuée (association de résistances en parallèle).
La tension aux bornes de cette association est la plus grande des fem des générateurs asssociés.

1/req = 1/r1 + 1/r2 + 1/r3 + ...


5. Exercices résolus.

Solution

Essayez de résoudre seul(e) ces exercices.

Calculons la tension aux bornes de la résistance R en utilisant la loi d'Ohm.
U = RI
U = 200 x 0,05 = 10 V (attention aux unités).
U = E - rI
rI = E - U
r = (E - U) 8 I
r = (12 - 10) / 0,05
r = 40 W


Solution

Si U est la tension aux bornes de la résistance R, c'est aussi la tension qui existe aux bornes du générateur.
U = RI = 100I
U = E - rI = 12 - 8I
100I = 12 - 8I
108I = 12
I = 12 / 108
I = 0,111 A = 111 mA


Solution

Calculons la tension aux bornes de R (c'est celle qui existe aux bornes de l'association).
U = RI donc
U + 52 x 0,1
U = 5.2 V
Calculons la résistance interne de cette association.
U = E - rI
rI = E - U
r = (E - U)/I
r = (6 - 5,2)/0,1
r = 8 W
Il suffit d'appliquer la loi des associations de résistances en parallèle.
r est la résistance interne équivalente aux résistances internes des 2 générateurs.
1/8 =1/40 + 1/r2
1/r2 = 1/8 - 1/40
1/r2 = 5/40 -1/40 = 4/40
r2 = 40/4
r2 = 10 W