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Pourquoi le gaz autour d'une batterie de voiture ne risque-t-il de s'enflammer que par des câbles de démarrage ?
Question
Comme indiqué dans Démarrage d'une batterie morte : connectez le fil noir au pôle négatif de la batterie ou au métal mis à la terre ?, vous connectez le câble de démarrage noir au châssis de la voiture morte pour éviter les étincelles produites lors de la connexion près de la batterie, qui pourrait être entouré d'hydrogène gazeux. Comme Paul le souligne dans Pourquoi devrais-je d'abord connecter la borne rouge/positive lors du démarrage d'appoint ?, cela semble extrêmement improbable, mais d'accord, la sécurité d'abord.
Cependant, le conseil est de connecter le câble noir à exposé métal sur le châssis ou le bloc moteur. Le bloc moteur d'une voiture moyenne n'est pas si énorme. Je me demande, si la batterie est entourée d'un nuage d'hydrogène gazeux et que je connecte la borne noire quelque part à l'extrémité opposée du bloc moteur, cela n'allumerait-il pas encore le nuage de gaz ? Est-ce que le nuage de gaz qui se concentre étroitement autour de la batterie? De plus, qu'en est-il lorsque vous parvenez réellement à démarrer la voiture ? Pourquoi n'y a-t-il aucun risque d'enflammer le nuage de gaz provenant des différentes sources de chaleur et d'étincelles lors du démarrage d'une voiture ?
Réponse acceptée
Je ne suis pas un expert en la matière, mais je ne pense pas qu'un "nuage de gaz" se forme autour de la batterie. L'hydrogène gazeux est le gaz le plus léger de tous (0,089 g/l) et ne s'accumulera pas en cas de fuite. Il montera simplement tant que le capot sera ouvert car il est moins dense que l'air, qui est surtout beaucoup plus lourd en azote (1,25 g/l) et en oxygène (1,4285 g/l). Je suppose que la pratique consistant à connecter la terre du destinataire au châssis plutôt qu'à la borne négative de la batterie protège simplement contre l'inflammation de quelques fuites infimes de la batterie elle-même.
Il ne devrait pas y avoir de sources d'étincelles ouvertes lorsque la voiture a démarré. L'alternateur, les bougies d'allumage, les fils de bougie d'allumage, le distributeur et l'alternateur ne devraient pas étinceller ouvertement s'ils sont en bon état, et ils sont généralement assez éloignés de la batterie de toute façon. La chaleur ne devrait pas être suffisante même si, pour une raison quelconque, le moteur que vous démarrez est chaud. L'hydrogène s'enflamme spontanément dans l'atmosphère à ~500 °C, sous hotte les températures ne devraient pas dépasser ~100 °C
Réponse populaire
Cela va devenir un peu technique mais devrait toujours être compréhensible même si vous avez dormi pendant des cours de chimie.
Quand l'hydrogène est-il dangereux ?
Comme avec le carburant-air mélange dans un moteur, l'hydrogène n'est combustible que lorsqu'il se situe dans une plage de concentrations. Nous utilisons ce qu'on appelle la Limite inférieure d'explosivité (LEL) et la Limite supérieure d'explosivité (UEL) qui sont les concentrations de gaz (dans l'air) qui s'enflammeront. Pour l'hydrogène gazeux, la LIE est de 4 % et la UEL de plus de 75 %, ce qui signifie que si la concentration d'hydrogène gazeux atteint 4 %, c'est au niveau qui pourrait s'enflammer avec une étincelle. À titre de comparaison, la concentration naturelle de H2 dans l'atmosphère est d'environ 0,01 %.
Comment une batterie de voiture produit-elle de l'hydrogène ?
Une batterie de voiture est rempli d'un mélange de 36% d'acide sulfurique (SO4) et 64% d'eau (H2O). De l'hydrogène gazeux est libéré lorsque la batterie est en charge en raison d'un processus appelé électrolyse dans lequel l'eau se décompose en son constituant hydrogène (H) et oxygène (O) en présence d'une tension supérieure à la décomposition équilibre de tension. Cette tension est de 1,227 V pour l'eau. La tension normale pour une seule cellule de batterie au plomb est de 2,1 V et il y en a six en série dans une batterie de voiture (6 x 2,1 = 12,6 V). Comme la tension de la cellule est supérieure à la tension de décomposition de l'eau, de très petites quantités de gaz sont presque toujours produites. Cependant, le pire des cas (la plupart de l'hydrogène) est produit en forçant un courant maximum dans une cellule déjà complètement chargée. C'est aussi une réaction sensible à la température, donc des températures plus élevées auront tendance à produire plus de gaz.
Quelle quantité d'hydrogène est produite ?
La réaction qui nous intéresse est celle de l'hydrogène ions (H+) devenant de l'hydrogène gazeux (H2). Les chimistes l'écriraient comme ceci :
2H+ + 2e- --> H2
Cela signifie simplement que deux ions hydrogène plus deux électrons produisent une molécule d'hydrogène gazeux. (Cela implique également que le gaz provient de l'électrode négative, mais rappelez-vous que c'est par cellule.)
En sautant une grande partie des détails mathématiques et chimiques, nous pouvons calculer cela à une température de 25C (77F) , nous produisons environ 0,45 litre d'hydrogène gazeux par cellule par surcharge de 1 Ah (amp-heure). Ainsi, pousser 10 A dans une batterie standard à 6 cellules entièrement chargée pendant une heure produirait 0,45 l/Ah x 6 x 10 A x 1 h = 27 l d'hydrogène gazeux à 25 °C. Pour que cela soit dangereux, nous aurions besoin d'au moins une concentration de 4%, donc nous aurions besoin d'un volume total d'air + hydrogène de 675 litres ou moins. Le démarrage d'appoint n'occupe généralement pas une heure entière et n'implique généralement pas de surcharger une batterie déjà chargée.
Où va l'hydrogène ?
Comme quiconque a déjà entendu parler du La catastrophe d'Hindenburg le sait, l'hydrogène est à la fois plus léger que l'air et aussi combustible. Parce qu'il est plus léger que l'air, tout hydrogène gazeux libéré par la batterie aura tendance à augmenter.
L' essentiel
Dans le placement typique sous le capot d'une batterie de voiture, la majeure partie de l'hydrogène s'élèvera sans danger dans l'atmosphère dès que le capot est ouvert, mais plus peut être produit pendant le démarrage de la voiture. C'est pourquoi les capots doivent rester ouverts et c'est aussi une bonne pratique de d'abord connecter (et d'abord déconnecter) la connexion négative aussi loin de la batterie que possible.
Les concepteurs automobiles ont déjà effectué ces calculs et les concentrations sous le capot sont bien inférieurs à 4% même dans des situations extrêmes de dysfonctionnement du système de charge. Par exemple, des normes telles que IEEE 484 décrivent un objectif de conception ne dépassant pas 2 %.
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Premièrement, la raison pour laquelle vous connectez le câble de raccordement positif avant le câble de raccordement négatif est que s'il glisse, vous le remarquerez avant de connecter le câble négatif. Si vous avez connecté le négatif d'abord puis le positif, l'une des pinces crocodiles positives pourrait glisser, entrer en contact avec le châssis de l'un des véhicules, court-circuiter ainsi la batterie et faire circuler un courant immense, provoquant un incendie . Avec les jumpleads carénés modernes, c'est moins un problème.
Deuxièmement, la raison la plus importante pour connecter le jumplead négatif au bloc moteur du véhicule mort est une meilleure connexion au démarreur. La masse du démarreur est connectée via son châssis au bloc moteur, donc le démarrage le plus efficace se produit lorsque le jumplead y est connecté. La connexion à la borne de la batterie introduit un chemin plus long entre le câble de démarrage et le démarreur, il est donc à éviter car cela rend le démarrage moins efficace.
D'autre part, la connexion du câble négatif au bloc moteur augmente la résistance à la batterie du véhicule à plat, évitant un courant de charge excessif. La connexion du fil négatif à la batterie du véhicule mort donnerait un courant de charge plus élevé (mais comme expliqué ci-dessus, un courant de démarrage plus faible.)