Théorie atomique moderne

Le courant électrique dans une pile voltaïque est produit par une réaction d'oxydoréduction. À l'anode de zinc, le métal zinc est oxydé, libérant deux électrons par atome ([latex]Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Ces électrons voyagent à travers le circuit externe jusqu'à la cathode de cuivre. Là, les ions hydrogène de l'électrolyte aqueux sont réduits, formant de l'hydrogène gazeux ([latex]2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_2[/latex]).

La force électromotrice ([latex]\mathcal{E}[/latex]) est le travail effectué par unité de charge électrique par une source non électrique, telle qu'une batterie ou un générateur. Malgré son nom, il ne s'agit pas d'une force mécanique mais d'un potentiel électrique, mesuré en volts. Il représente l'énergie convertie d'une autre forme (chimique, mécanique) en énergie électrique lorsqu'une charge traverse la source.

L'hypothèse du continuum considère les fluides comme de la matière continue plutôt que comme des molécules discrètes. Cette simplification est valable lorsque l'échelle de longueur du problème est bien supérieure à la distance intermoléculaire, ce qui permet de définir des propriétés comme la densité et la vitesse à des points infinitésimaux. Cela permet d'utiliser des équations différentielles pour décrire le comportement macroscopique de l'écoulement des fluides.

La pile voltaïque a établi le principe de l'addition de tensions en connectant des cellules électrochimiques en série. Chaque paire zinc-cuivre, ou cellule, génère une force électromotrice (FEM) caractéristique d'environ 0,76 volt. En empilant physiquement ces cellules, Volta a démontré que la tension totale à travers la pile est la somme des forces électromotrices individuelles de chaque cellule, comme décrit par [latex]V_{total} = n \times V_{cell}[/latex].

Première pile électrique, elle produit un courant continu en empilant des paires de disques métalliques différents (par exemple, en zinc et en cuivre), séparés par un tissu imbibé de saumure. Chaque paire forme une cellule galvanique, et leur empilement en série augmente la tension globale. Cet arrangement a démontré la première conversion continue d'énergie chimique en énergie électrique, ouvrant la voie à l'électrochimie moderne.

L'un des principaux défauts de la pile voltaïque est la polarisation des électrodes. En fonctionnement, l'hydrogène gazeux produit à la cathode en cuivre forme une couche isolante de bulles à sa surface. Cette couche augmente la résistance interne de la batterie et réduit la surface disponible pour la réaction. Par conséquent, la tension et le courant de sortie de la pile chutent considérablement peu après sa mise en service.

Engineering stress ([latex]\sigma[/latex]) is the applied load divided by the original cross-sectional area ([latex]A_0[/latex]), while engineering strain ([latex]\epsilon[/latex]) is the change in length ([latex]\Delta L[/latex]) divided by the original length ([latex]L_0[/latex]). These definitions, [latex]\sigma = \frac{F}{A_0}[/latex] and [latex]\epsilon = \frac{\Delta L}{L_0}[/latex], are fundamental for plotting stress-strain curves but assume the specimen's dimensions remain constant during the test.

Les équations de Navier-Stokes sont un ensemble d'équations aux dérivées partielles non linéaires décrivant le mouvement de substances fluides visqueuses. Il s'agit d'un énoncé de la deuxième loi de Newton, qui équilibre les changements de quantité de mouvement avec les gradients de pression, les forces visqueuses et les forces externes. Pour un fluide incompressible, l'équation est [latex]\rho (\frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \mathbf{v} \cdot \nabla \mathbf{v}) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{v} + \mathbf{f}[/latex].