Borne + d'une batterie reliée à la borne - d'une AUTRE batterie

[choom]

Merci Evicri. Logique en effet. Il me reste à me renseigner sur ce mécanisme interne des piles et batteries. Ce n'est pas ça qui manque sur le net. Je m'y colle. (Désolé d'être ignorant à ce point sur le b-a ba de l'électricité)
Bonsoir.
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[azad]

Supposons deux piles posées côte à côte et non reliées entre-elles. Et supposons aussi que l’on cherche à évaluer le travail à fournir pour déplacer une particule dotée d’une charge potentielle (électron, proton) pour la déplacer du PLUS de l’une des piles, vers le MOINS de l’autre pile. Je pense que ce travail est nul (au déplacement de masse près !) Donc pas de champ entre le PLUS et le MOINS de deux piles distinctes. Du moins, je crois.
Un champ électrique doit (corrigez moi, si je me trompe) être référencé par rapport à quelque chose.
Reste la question du savoir de ce qui ce passe dans une pile mise en série avec une autre sans qu’aucun courant ne traverse ces piles. Je pense que les ions+ et les ions- au point de contact diffusent mais que la barrière de potentiel d’origine chimique à l’intérieur de chacune des piles ne se déplace pas et qu’aucun mouvement de ions n’a lieu hors de la zone de contact. Là encore, j’aimerais l’avis d’un chimiste.
Bref, la question d’ evicri, me pose problème.

[b@z66]

Effectivement, en réfléchissant à ce problème, on peut trouver des cas pratiques intéressants comme par exemple: que se passe t-il lorsque l'on relie par exemple en série des piles de même tension mais de capacité(en mAh qui représente en gros la quantité de charge en réserve sur chaque borne) différente? J'imagine justement que la capacité réelle de l'ensemble se cale sur la plus petite des deux capacités de départ.

PS: En cherchant un peu, j'ai trouvé cette discussion à ce sujet.

[stefjm]

Un champ électrique doit (corrigez moi, si je me trompe) être référencé par rapport à quelque chose.

Le potentiel doit l'être car on ne définit que des différences de potentiel.
Le champ électrique dérive de ce potentiel et n'est donc pas référencé.

[mach3]

Au repos (circuit ouvert), il n'y a en fait pas ou presque pas de charges négatives sur cette borne -. La question est plutôt d'ordre chimique en réalité. Que se passe-t'il à l'intérieur de la pile quand le circuit de referme sur lui-même (court-circuit), ce qui ne se passe pas quand on branche une de ses bornes à la borne d'une autre pile.

Il y a quelques charges sur les deux bornes, ce n'est pas différent d'un condensateur. Si vous connectez un condensateur à une pile, vous aurez des charges sur les armatures. Sans condensateur c'est exactement pareil, sauf que le nombre est plus faible car la géométrie n'est pas favorable : un condensateur est conçu avec une certaine géométrie pour avoir une certaine capacité (facteur de proportionnalité entre la tension appliquée et la charge sur les armatures, Q=CU).

Dans la pile il y a des espèces chimiques, qui sont constituées de noyaux chargés positivement et d'électrons chargé négativement (des atomes, et/ou des molécules et/ou des ions, monoatomiques ou polyatomiques). Ces édifices sont maintenus par la force électrostatique. Il suffit de mettre d'un coté une certaine quantité d'espèces avides d’électrons (des oxydants) et de l'autre une certaine quantité d'espèces pouvant s'en débarrasser (des réducteurs) pour qu'une différence de potentielle apparaisse. En dehors d'une pile, si vous mettez ces deux là en contact, les électrons passent spontanément de l'un à l'autre. Faire une pile consiste à forcer les électrons à aller des réducteurs aux oxydants en passant par un fil (on les sépare avec une membrane qui va bien). La différence de potentiel dépend de trois choses : les potentiels électrochimiques intrinsèques aux espèces utilisées, leur concentration et la température.

Nous allons considérer une pile très simple, appelée pile de concentration. Cette dénomination venant du fait que la seule source de la différence de potentiel est une différence de concentration. On a un bain d'eau distillée (qu'on nommera souvent "premier bain" ci-après) et un bain de sulfate de cuivre (Cu²⁺ + SO₄^2-) concentré (qu'on nommera "deuxième bain"). Ils sont reliés entre eux par un pont, constitué d'une matière légèrement perméable aux ions. Dans chaque bain, on place une électrode de cuivre métallique.
Le simple fait qu'il y ait une différence de concentration d'ion cuivre II Cu²⁺ (atome de cuivre avec 2 électrons en moins) entre les deux compartiments suffit à générer une différence de potentiel, donc un champ électrique.

Voyons ce que se passe dans chaque élément de cette pile, indépendamment. Prenons de l'eau et une électrode de cuivre et plongeons la-dedans (c'est le premier bain). Les atomes de cuivre sont des réducteurs, certains vont spontanément perdre deux électrons pour passez en solution (en quelque sorte, ils le font parce qu'ils le peuvent). On va donc avoir, rapidement, un surplus d'électrons sur l'électrode (qui va se charger négativement) et des ions cuivre II (Cu2+) dans la solution, sans contre-ion pour compenser (la solution se charge positivement). L'apparition de ces charges va former un champ électrique, qui va s'opposer de plus en plus à la transformation du cuivre de l'électrode en ions cuivre II, jusqu'à équilibre. Notons que le nombre d'atomes de cuivre s'ionisant ainsi est extrêmement faible, le champ électrique atteint très vite une valeur qui arrête ce phénomène : les ions cuivre II, chargés positivement, sont attirés par l'électrode chargée negativement.

Prenons maintenant une solution de sulfate de cuivre. Elle contient des ions Cu2+, qui sont des oxydants. Dès que des électrons sont à disposition, ils les prennent pour devenir du cuivre métallique. Si on considère cette solution seule, il n'y a qu'à l'eau et aux ions sulfates que des électrons peuvent être pris, mais leurs électrons sont très bien retenus (ce sont de mauvais réducteurs relativement au cuivre), donc la création de cuivre métallique sera extrêmement marginale (on ne parle même pas de ppm, c'est des ordres de grandeur en dessous). On peut considérer que cette solution est dans un récipient, les ions cuivres peuvent donc prendre quelques électrons aux parois du récipient (plus ou moins facile suivant la matière), mais il en résultera l'apparition d'une charge positive sur les parois et d'une charge négative dans la solution, et donc un champ électrique qui très rapidement va s'opposer à la formation de cuivre métallique. Plongeons une électrode de cuivre : même chose, on aura l'apparition d'une charge positive sur cette électrode et d'une charge négative dans la solution, et un champ électrique qui arrête le phénomène très rapidement (les ions Cu2+, chargés positivement, seront repoussés par l'électrode et n'arriveront plus à l'atteindre). Concomitamment, on aura des atomes de cuivre métallique de l'électrode qui lâcheront deux électrons pour aller dans la solution, mais cela est marginal compte-tenu de la quantité colossale d'ion cuivre déjà présent et tentant de faire l'inverse.

Nous avons alors deux demi-piles :
-de l'eau avec une électrode de cuivre, quelques ions cuivre dans l'eau responsables d'une charge positive et une charge négative correspondante sur l'électrode (rappel : ces charges sont très faibles)
-une solution aqueuse de sulfate de cuivre avec une électrode cuivre, avec une charge négative dans la solution et positive sur l'électrode à cause de quelques ions cuivre qui se sont transformé en cuivre métallique sur l'électrode

Que se passe-t-il si on relie les deux électrodes par un fil? et bien les électrons excédentaires sur la première électrode vont venir compenser le manque d'électrons sur la seconde : on aura un courant. Mais ce courant peut-il se perpétuer? non, car cela voudrait dire que les deux solutions se chargent de plus en plus : d'un coté, on a du cuivre métallique qui part dans la solution en lâchant deux électrons, ces électrons vont de l'autre coté et permettent à un ion cuivre de se fixer sur l'électrode sous forme de cuivre métallique. On a donc, là encore, un champ électrique qui s'oppose au courant : le cuivre métallique de la première électrode n'arrive plus à lâcher ses deux électrons pour devenir des ions cuivre car ces électrons sont repoussés par la charge négative trop importante dans la deuxième solution et trop attirés par la charge positive trop importante dans la première.

Que se passe-t-il si on relie les deux solutions par un pont qui laisse migrer des ions (sans mettre de fil entre les deux électrodes)? Des ions vont spontanément migrer dans le pont : des ions positifs (H⁺, Cu²⁺) vont se déplacer de la 1ere solution (chargée +) vers la 2e solution (chargée -), tandis que des ions négatifs (OH^-, SO₄^2- vont se déplacer dans le sens inverse. Cela fera baisser les charges des deux solutions et relancera un peu la transformation du cuivre métallique de la première électrode en ions cuivre et vice-versa de l'autre coté, mais de manière marginale car rapidement, ce sont les charges électriques qui s'accumulent sur les électrodes qui vont diriger la migration, et la stopper.
Ceci est une pile complète, non branchée à un circuit. Elle présente des charges sur ses électrodes, des charges faibles, quasiment impossibles à mesurer, mais des charges quand même. Et ces charges sont dues au fait que d'un coté le cuivre métallique ne peut que perdre des électrons pour passer en solution et que de l'autre coté les ions cuivres ne peuvent qu'en gagner pour se transformer en cuivre métallique. Ces transformations ne peuvent cependant pas se poursuivre car la présence de charges sur les électrodes annulent cette tendance.

Maintenant, en plus du pont, on place un fil entre les deux électrodes : on a une pile en court-circuit. Les électrons en trop sur la première électrode filent vers la deuxième qui manque d'électrons, simplement à cause de la force électrique (+ et - s'attirent). Cela diminue la charge électrique des deux électrodes et permet à nouveau aux atomes de cuivre de s'ioniser d'un coté et au ions cuivre de devenir du cuivre métallique de l'autre, et comme il y a le pont entre les deux compartiments, des ions migrent de l'un à l'autre ce qui fait qu'aucune charge n'apparait dans les solutions et que du coup rien de s'oppose à ce que le phénomène se poursuive. On a donc un courant permanent qui s'installe. La pile débite, elle débite très fort et il n'y a que deux phénomènes qui limitent ce débit : la résistance du fil et la viscosité dans le pont.

Petit à petit, la concentration en ions cuivre augmente dans le premier compartiment, alors qu'elle baisse dans le second. Dans le premier compartiment, il commence à y avoir des ions cuivre qui reviennent sur l’électrode pour prendre deux électrons. Dans le deuxième, le nombre d'atome de cuivre de l'électrode qui lâchent deux électrons pour aller dans la solution devient non négligeable devant ceux qui font l'inverse (leur nombre à beaucoup diminué). La pile se décharge. Elle débite de moins en moins. Jusqu'à ce que la concentration en ions cuivre II soit la même de chaque coté. Et là c'est le statu quo : des deux coté, il y autant d'ion cuivre qui prennent deux électrons pour se fixer sur l'électrode que d'atomes de cuivre de l'électrode qui lâchent deux électrons pour passer en solution : bilan nul, pas de courant.

m@ch3

[choom]

Un super MERCI, Mach3, pour avoir pris le temps de vous mettre à mon niveau.
Cela devient désormais hyper clair.
Au moins sur ce point là, je ne mourrai pas tout à fait idiot
Bonne soirée à tous.