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piles

Posté par
yoyore
19-02-09 à 12:15

Bonjour,
J'ai trouvé un exercice sur internet pour m'entrainer pour un contrôle sur les piles.
Mais je n'arrive pas du tout à le résoudre.
Pouvez vous m'aider svp? Merci


Ces piles, sous forme de bouton sont utilisées dans des prothèses auditives. Elles contiennent, d'une
part, une suspension de zinc dans de la potasse gélifiée K+(aq), HO-(aq) et d'autre part une électrode
en carbone poreux, en liaison avec des trous d'accès pour l'air.
1. Qualitativement, quelle réaction se produit lorsque la pile fonctionne ?
   Quelle est la polarité de cette pile.
   Quel est le réactif limitant dont l'épuisement conduit à l'état de pile usée ?
2)Les caractéristiques d'une pile zinc / air cylindrique de format 675, utilisée dans les prothèse de type
contour d'oreilles sont les suivantes :
- rayon : 5,78 mm
- épaisseur : 5,33 mm
- capacité : Qmax = 600 mAh
- intensité de fonctionnement : I = 0,80 mA
- tension de fonctionnement : U = 1,30 V.
a. Quelle est la durée de vie d'une telle pile dans ces conditions ?
b. Calculer la capacité énergétique volumique de ce type de pile ( résultat en Wh/dm3).
c. Quelle masse de zinc est présente dans la pile neuve ?

Merci

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 13:37

Je n'ai toujours pas trouvé comment résoudre cet exercice.

Mais en y réflechissant un peu plus j'ai peut-être trouvé quelques réponses :
1)Il se produit une oxydation ?
  La polarité de la pile est positive
  le réactif limitant est le zinc

??? Merci de bien vouloir me corriger s'il y a des erreurs

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 14:48

1). Qualitativement, la réaction qui se produit lorsque la pile fonctionne est l'oxydation du zinc:
Zn  ------> Zn2+   +2e-

éléctrode de carbone   ===> pole +
éléctrode de carbone   ===> pole -

le réactif limittant est le cuivre , usé => état de pile usée.

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 14:50

Il y a pas un petit soucis :
éléctrode de carbone   ===> pole +
éléctrode de carbone   ===> pole -

Le pole - ce ne serait pas le cuivre par hasard?

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 14:56

erreur de tape :
éléctrode de cuivre   ===> pole -
c'est claire ,celle qui s'oxyde aucours du fonctionnement de la pile , c'est le pole -.

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 15:00

Pour la durée de vie je ne vois pas du tout comment faire.
Pourrais-tu me donner une piste stp?

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 15:04

on peut utiliser 2 :
q=I.t
=> qmax=I.tmax

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 15:06

Donc tmax=Qmax/I = 600x10^-3 / 0.80x10^-3 = 750 h ???

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 15:38

oui

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 15:39

disons un mois de fonctionnement environ.

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 15:42

pour la question suivante je ne vois pas du tout, peut être qu'il faut calculer l'air du cylindre ?

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 15:47

V=s .h
volume d'un cylindre= surface de base x hauteur .

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 15:51

V= R² * h
V=(5.78²) * h
Mais que vaut h ici ? 675 ?

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 16:53

epaisseur = hauteur

piles

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 16:58

donc l'épaisseur vaut ici 5.33

on obtient donc V=559.41 mais en quelle unité?

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 17:59

donc ensuite on fait Q*V et on obtient que la capacité volumique est de
600*10^.3 * 559.41 = 335.646 mais je ne sais pas l'unité

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 18:35

V=559.41 m^3 donc V=5594.1 dm^3

Posté par
122155
re : piles 23-02-09 à 20:39

or:
rayon :r= 5,78 mm
- épaisseur=h=  5,33 mm
donc V=s.h=r2.h=3,14.(5,78mm )2.5,55mm=595.4mm3
à savoir que:
1mm=10-3 m
et  1mm3=10-9 m3

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 20:41

donc V=0.56 dm^3

Posté par
yoyore
re : piles 23-02-09 à 20:43

Mais pour calculer la capacité énergétique volumique il faut que je multiplie ce volum par Qmax soit 600*10^-3 non?

Posté par
122155
re : piles 24-02-09 à 09:38

rayon = 0,0578  dm ; hauteur = 0,0533 dm ; volume V=3,14*0,05782*0,0533=5,95.10-4( dm3





Q=I.t= ....

energie= Q.U  (en Joule)

énergie volumique= energie / V   (en J/dm3)

puis   on fais la conversion.

1 wattheure = 3600 J  => en divisant par 3600 tu auras

(  le résultat en Wh/dm3).

Posté par
yoyore
re : piles 24-02-09 à 09:59

énergie = Q.U=600.10^-3 x 1.30 = 0.78 J

énergie volumique = énergie / V = 0.78/5.59.10^-4 = 1395.35 J/dm^3 = 1395.35/3600=0.39 Wh/dm^3

c'est bien cela?

Posté par
122155
re : piles 24-02-09 à 10:24

non  ds la relation  energie (en J)=Q.U
Q en coulomb C  U   en Volt
alors que Q = 600 mAh  que tu as utilisé.
tu dois chercher Q=I.t      appelée capacité de la pile  en utilisant   t=la durée de vie de la pile (en seconde)(que tu as déjà trouvé là haut).

Posté par
yoyore
re : piles 24-02-09 à 10:30

ok ok
Alors
Q=I.t=0.80.10^-3 x 750 = 0.6 C

énergie = Q.U = 0.6 x 1.30 = 0.78 J

énergie volumique = énergie / V = 0.78/5.59.10^-4 = 1395.35 J/dm^3

1395.35/3600=0.39 Wh/dm^3

C'est bien cela ? C'est bizarre je trouve le même résultat ...

Posté par
yoyore
re : piles 25-02-09 à 10:49

J'ai vérifié le calcul et je retombe sur ca.
Mais ensuite comment je fais pour calculer la masse de zinc?
merci de ton aide

Posté par
122155
re : piles 25-02-09 à 13:06

tu n'as pas signalé tous les données , par exemple la densité du zinc et sa masse molaire.

Posté par
yoyore
re : piles 25-02-09 à 14:00

la densité du zinc et sa masse molaire ne sont pas précisé dans l'énoncé :
Mais en cherchant sur internet j'ai trouvé que la densité du zinc est de 7,15 et sa masse molaire est de 65,4.

Posté par
122155
re : piles 25-02-09 à 14:55

si la densité n'est pas donnée  tu peux utiliser une autre méthode pour determiner la masse de Zinc de la pile neuve.
or sa durée de vie est: t=750 h
intensité de fonctionnement : I = 0,80 mA

et on q=It=ne => n=I.t/e  => n_{(e)}=\frac{It}{F}=\frac{0,8.10^{-3}750.3600}{96500}=0,33mol  
or :

Zn  ----> Zn2+   +  2e-
n_{(Zn)}=\frac{n(e-)}{2}
càd \frac{m}{M}=\frac{n(e-)}{2}

=> m=M.n(e-)/2=65,4.0,33/2=10,8g

Posté par
yoyore
re : piles 25-02-09 à 15:10

Merci beaucoup j'ai bien compris !

Posté par
122155
re : piles 25-02-09 à 15:26

bonne chance

Posté par
yoyore
re : piles 26-02-09 à 16:26

en vérifiant le calcul je trouve que n(e)=0,022 mol
c'est normal ?

Posté par
122155
re : piles 26-02-09 à 20:37

n(e)=0,33mol

Posté par
yoyore
re : piles 27-02-09 à 09:49

J'arrive pas à retrouver ce résultat en faisant l'application numérique :

n(e)= (0,0008 x 750 x 3600)/96500 = (0,0008 x 2 700 000)/96500 = 2160 / 96500 = 0,02238341968 = 0,022

Peut-tu me dire où j'ai fais une errreur stp ?
Merci

Posté par
122155
re : piles 27-02-09 à 10:27

exactement:
n(e)=0,022 mol
il y'a une erreur de calcul ds l'appliquation numérique du message Posté le 25-02-09 à 14:55  (ds ce topic).

par conséquence la masse de zinc est présente dans la pile neuve est:
m=M.n(e-)/2=65,4.0,022/2=0,72g=720mg

Posté par
yoyore
re : piles 27-02-09 à 10:28

Voila c'est ce que je trouvais.
Merci
A bientôt !

Posté par
122155
re : piles 27-02-09 à 15:23

bonne chance



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