Exercice : L'erreur de Volta
Par Christine Blondel et Bertrand Wolff
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Sur la page La controverse Galvani-Volta et l'invention de la pile on trouve un extrait de la description donnée par Volta de son invention : "Ayant sous ma main toutes ces pièces...". Une lecture de son texte, confrontée aux indications données plus loin sur les connaissances actuelles, permettra, en trois questions successives, de faire apparaître l'erreur de Volta.
Dans la colonne décrite par Volta un élément de pile est constitué, selon les connaissances actuelles, par un "sandwich" premier métal/solution aqueuse (le disque mouillé)/deuxième métal. Il est facile de le vérifier : dans un verre rempli d'eau salée, plonger une lame de zinc et une lame de cuivre, en évitant qu'elles entrent en contact. Un multimètre ordinaire permet de constater qu'il existe une différence de potentiel voisine de 1 V entre les deux lames. Si l'on utilise une lame d'argent au lieu de cuivre, la tension est proche de 1,5 V.
On vient de verser la solution. Le voltmètre indique 0,8 volts. |
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Volta pensait que "l'électromoteur" élémentaire était constitué du couple de deux métaux différents mis en contact, la solution n'ayant qu'un rôle passif.
Question : Où cela apparaît-il dans l'extrait cité ?
Réponse : "Je pose sur une base quelconque un des plateaux métalliques, par exemple un d'argent et sur ce premier j'en adapte un de zinc ; sur ce second, je couche un des disques mouillés, puis un autre plateau d'argent, suivi immédiatement d'un autre de zinc,...". Le premier plateau d'argent est inutile puisque le premier élément de pile est en réalité l' ensemble zinc / disque mouillé / argent. Volta termine son empilement par un disque de zinc sur un disque d'argent. Là c'est le disque de zinc supérieur qui est inutile.
Question : Volta affirme cependant par ailleurs avoir prouvé l'apparition d'une tension lorsqu'on met en contact les deux métaux différents. Qu'en est-il ?
Réponse : Prendre une lame de cuivre et une lame de zinc bien propres et sèches, les mettre en contact et connecter les surfaces externes de chacune de ces lames aux bornes du multimètre. Celui-ci indique une tension nulle ou négligeable, très loin en tout cas des 1 V du sandwich précédent. C'est bien parce que les deux métaux en contact sont au même potentiel électrique qu'il y a additivité des différences de potentiel lorsqu'on met en série, en les empilant, les sandwiches élémentaires décrits plus haut.
Additivité des différences de potentiel : chaque verre équivaut à l'un des "sandwiches" de la colonne de Volta.
L'image de gauche montre comment les associer en série. Image de droite : la tension obtenue est 4 x 0,8 = 3,2 V
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Question : Dans la théorie du contact de Volta, un des métaux "pousse le fluide électrique", que l'autre tire à lui. Imaginez le double rôle que Volta attribue aux rondelles humides.
Réponse : Premier rôle : séparer les couples métalliques. En effet si l'on empile seulement des disques métalliques alternés, le contact plateau d'argent inférieur - zinc tend à "pousser" l'électricité dans un sens, le contact zinc - plateau d'argent supérieur a l'effet opposé et l'effet résultant est nul. Volta suppose en revanche que les contacts métal - solution ont un effet moteur nul ou négligeable.
Deuxième rôle : ces rondelles séparatrices doivent en même temps être conductrices, pour laisser passer l'électricité mise en mouvement par les paires métalliques.
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