Abril 10,2019
Construindo uma pilha de oxirredução com Matérias recicláveis
Escola estadual
Professor Edilson Souto Freire
Dias Dávila-Ba
(Rua da Holanda S/N-Zona Urbana -Urbis )
E-mail:
Docente : Samuel Nunes de Santana
Turma 3•DM
Alunas : Geovania
Franca Santos
Isabela de Jesus
dos Santos
Raquel da Silva
Lima
Fernando Santana
1. RESUMO
Este trabalho foi sugerido pelo professor de física, Samuel, com a
intenção de fugir um pouco dos métodos convencionais de estudo, e
fazer com que nos aproximássemos mais da física de uma maneira
direta e palpável, para que a gente aprendesse praticando. Em seu
desafio foi proposto criar pilhas caseiras com diferentes tipos de
soluções eletrolíticas. Medindo sua resistência interna, força
eletromotriz (FEM), e a sua (DDP) Diferença de potencial. Nesse
projeto utilizamos materiais caseiros e sucatas, com esse experimento
pudemos chegar ao resultado almejado de acender uma pilha com dois
volts.
Palavras Chave:
eletricidade, oxidação, pilha caseira.
2. Introdução:
A evolução das
pilhas mudaram nossas vidas, aparelhos elétricos de hoje em dia tem
uma durabilidade e capacidade elétrica bem maior em relação às de
antigamente. Elas dão a vida a vários equipamentos em geral, sem
fazer barulho, muitas vezes passando despercebidas elas estão a todo
tempo realizando a sua função. E como elas surgiram e se
aprimoraram, será mostrado a seguir:
Em seguida
mostraremos como fizemos a pilha funcionar e ter nosso resultado
obtido !
- Histórias das pilhas :
2.1 Pilha de Alessandro Volta
Uma pilha é um
instrumento que modifica a energia química em energia elétrica,
onde os metais diferentes que trocam elétrons entre si realizam um
processo de oxirredução, produzindo um fluxo de corrente elétrica
que pode ser utilizada. A primeira pilha elétrica foi criada em 1800
pelo físico Alessandro Giuseppe Antônio Anastácio volta, a pilha
foi homenageada com o seu sobrenome “Volta”, a pilha voltaica ou
galvânica, é construída por discos alternados de metais diferentes
e umedecidos por um liquido salgado. Segue intercalando esses metais
até estruturar uma coluna, e nas suas bordas são ligadas um fio
condutor externo.
2.2 Pilha de
Daniell:
Criada no ano de 1836, pelo químico John Frederic Daniell, formada a
partir de uma folha de zinco encharcada em um liquido de sulfato de
zinco (ZnSO4) e uma folha de cobre encharcada numa solução de
sulfato de cobre (CuSO4) e entre elas, uma ponte salina que permite o
fluxo de íons , sem ela a corrente finda e a pilha para , e
conectando a placa de zinco com a placa de cobre tem um fio metálico
com uma lâmpada . Na placa de zinco ocorre a oxidação e na de
cobre ocorre à redução, os elétrons correm da placa de zinco para
a de cobre e os íons que estão na ponte salina vão para as duas
soluções.
2.3 : pilha de Grove
Criada no ano de 1844, pelo físico William Robert Grove, ela é
considerada como a fonte de energia do futuro. Sua pilha foi feita
com uma folha de zinco mergulhada em acido sulfúrico, cortada por
uma barreira permeável com outro tipo de solução, realizada em uma
placa de platina imergida em acido nítrico. A pilha de Grove não
deu certo, além de a reação química resultar em um produto
prejudicial à saúde, a voltagem caía aos poucos à medida que a
pilha descarregava.
2.4 Pilha de Leclanché
Foi criada no ano de 1866, pelo engenheiro francês , George
Leclanché, a pilha ficou batizada com o seu sobrenome ,mas também
ficou conhecida como pilha ácida , pilha de zinco-carbono e também
como pilha seca porque ainda não tinha sido inventada uma pilha que
não utilizava soluções aquosas. A pilha possui um centro positivo,
que é a barra de grafita cercada por dióxido de manganês, carvão
e uma pasta úmida, e o centro negativo, que é o envoltório de
zinco. O zinco passa os seus elétrons para o manganês pela barra de
grafita central, por causa disso é considerada o campo positivo do
circuito externo do transporte de elétrons. O funcionamento da
pilha para quando todo o dióxido de manganês é transformado em
trióxido de manganês.
2.5 Pilha de Carl Gassner:
Gassner em 1887 aperfeiçoou a pilha de Leclanché, dando origem à
primeira pilha seca possivel de ser comercializada , a conhecida
pilha zinco-carbono. Gassner trocou a solução eletrolítica por
uma pasta úmida. Nessa pilha, o zinco surge como recipiente, além
de ser o centro negativo. A maioria das “pilhas secas” de hoje em
dia é proveniente da pilha de Gassner.
2.6 Pilha de
Waldemar Jungner:
Em 1899, o sueco, Waldemar Jungner, criou a primeira pilha de níquel
cádmio, usando um meio alcalino (hidróxido de potássio – KOH),
em que encontravam-se eletrodos que eram feitos de níquel e cádmio.
A pilha de Junger serviu de inspiração para as primeiras pilhas
recarregáveis portáteis. Hoje em dia são mais comuns pilhas
aparentadas com as de níquel-metal (NiMH), que possuem uma
capacidade superior e são menos nocivas.
2.7 John B.
Goodenough o pai da bateria de íon-lítio (Li-Ion):
Em 1980, o químico
americano John B. Goodenough dirigiu um grupo de investigação da
Sony pra elaborar uma opção mais segura da bateria de lítio
recarregável. Foi apenas em 1991, que a Sony Corporation vendeu a
primeira bateria de íon de lítio. À bateria tem esse nome porque o
causador encarregado tanto pela oxidação quanto pela redução é o
lítio (Li+). A bateria de íon de lítio está presente em vários
aparelhos portáteis recarregáveis modernos, ela é recarregável
porque o seu sistema de descarga é convertível, quando aplicado uma
corrente constante transmitida por um transformador. O funcionamento
acontece porque os íons de lítio que se encontram em um solvente
não consistente de água saem do ânodo para o cátodo causando
semi-reações e reação global. Quando essa bateria é recarregada
acontece o contrário e os íons de lítio saem da estrutura lamelar
do óxido para a grafita. A sua vida útil varia de 300 a 500 ciclos,
contamos um ciclo quando a bateria descarrega até 0% e depois você
coloca pra carregar até 100% , isso dá mais ou menos uns dois anos
de funcionamento, mas se você descarregar seu celular só 10% e
colocar pra carregar até que complete os outros 90%, não se
preocupe, porque a bateria de íon de lítio ao contrário da pilha
antiga de Níquel Cádmio não junta impurezas na parte não
carregada , portanto ela não vicia e não sofre problemas no seu
desempenho . As baterias de Li-Íon são altamente inflamáveis, por
isso elas são seladas, por isso é muito importante nunca furar as
baterias de íon de lítio porque elas podem explodir assim que
entrar em contato com o oxigênio.
- Procedimentos experimentais
teste
: pilha de Água sanitária e sal :
Matérias
: cobre
Alumínio
Água
sanitária
Lâmpada
de led
Água
mineral
Passo
a passo : 1- cortar o aluminio ( lata de cerveja )
Depois
lixar bem ele até que não sobre nenhum resíduo
2-
pega o fio de cobre e lixar bem
3-
hora de fazer os furos nos recipientes : com um estilete pegamos e
furamos a tampa do recipiente do tamanho do cobre e do alumínios
4-
logo após enfiamos o fio de cobre e o pedaço do alumínio no corte
deixando um pedaço de cada no lado de fora
5-
botamos a água sanitária dentro do recipiente e tampamos o vaso
Resultado :
Conseguimos
obter a voltagem necessária para acender o led, o resultado obtido
foi 2,0 V.
•Circuito
em séries e em paralelos
Fizemos duas pilhas ,
pegamos fio de telefone e fizemos uma ligação uma parte do fio
ligada ao cobre e o outro ao alumínio porque se trata de uma
ligação de série e paralelos ,e por fim pegamos dias lâmpadas
ligadas ao fio e fizemos a ligação , ela demorou um pouco de
acender , mais acendeu e obtemos o resultado .
Realizamos as medidas da
pilha com um multímetro, que é um equipamento capaz de medir
grandezas em corrente contínua, que é a série ordenada de elétrons
sempre em um sentido e formada pelos centros positivo e negativo,
formado por baterias e pilhas. Já a corrente alternada é uma
corrente elétrica cuja direção muda no tempo é formada por fases
(e, muitas vezes, pelo fio neutro), sendo achada nas tomadas de rede
elétrica. Eles são vendidos com dois fios, um vermelho e um preto,
com uma espécie de pregador de metal na ponta que são as pontas de
prova. O fio preto deve ser ligado no ponto do multímetro indicado
com GND ou COM (este é o chamado “terra”). A vermelha pode ser
ligada em outras entradas, mas para grande parte das medidas feitas,
a ligação é feita no ponto marcado com V-W-mA. Nele tem uma chave
giratória que serve para escolher o tipo de medida elétrica.
V
– Tensão DC/AC – função conhecida como voltímetro (mede
volts). Volt é a grandeza física que, em um circuito elétrico,
empurra os elétrons ao longo de um condutor, conduzindo energia
elétrica em maior ou menor potência, é o trabalho por unidade de
carga feita pelo campo elétrico (lugar onde são feitas
especialmente as cargas elétricas de qualquer tipo). O volt é uma
unidade de capacidade elétrica, voltagem e força eletromotriz
(mover a carga elétrica através de um circuito, tanto interior como
exterior, ao próprio gerador). Voltagem e volt são expressões que
homenageiam Alessandro Volta, criador da pilha voltaica em 1880.
mA
– Corrente DC/AC – função conhecida como amperímetro (mede
amperes), unidade de medida de intensidade elétrica que corresponde
a um milésimo de ampere. Ampere é a unidade nomeada em homenagem a
André-Marie Ampère, ele é a unidade de medida da corrente elétrica
que corresponde a uma corrente elétrica constante que passa por dois
fios retos correspondentes, de comprimento ilimitado e parte reta
desprezável, localizados no vácuo e afastados 1 metro um do outro,
a qual produz uma força entre os mesmos de 2 x 10-7 N/m (0,0000002
newtons por metro.
W
(ou a letra ômega maiúscula do alfabeto grego, que parece uma
ferradura) – Resistência – função conhecida como ohmímetro
(mede ohms). Ohms, representados pela letra grega ômega, e é uma
resistência elétrica, uma unidade de medida reconhecida pelo SI
(Sistema Internacional de Unidades). Em homenagem a Georg Simon Ohm,
que descobriu as ligações matemáticas que abrangem as dimensões
dos condutores e as grandezas elétricas, criando assim a chamada Lei
de Ohm .Ohms é a relação entre a tensão de um volt e uma corrente
de ampère.
Leis
de Ohm:
A
Primeira Lei de Ohm propõem que um condutor ôhmico (resistência
constante) mantido à temperatura constante, a intensidade (i) de
corrente elétrica será adequada à diferença de potencial (ddp)
usada entre suas extremidades.
Ou
seja, sua resistência elétrica é constante. Ela é representada
pela seguinte fórmula:
OU
Onde:
R:
resistência, medida em Ohm (Ω)
U:
diferença de potencial elétrico (ddp), medido em Volts (V)
I:
intensidade da corrente elétrica, medida em Ampére (A).
Segunda
Lei de Ohm
A
Segunda Lei de Ohm estabelece que a resistência elétrica de um
material seja diretamente proporcional ao seu comprimento,
inversamente proporcional à sua área de secção transversal. Além
disso, ela depende do material do qual é formado, é reconhecida
pela seguinte fórmula:
Onde:
R:
resistência (Ω)
ρ:
resistividade do condutor (depende do material e de sua temperatura,
medida em Ω.m)
L:
comprimento (m)
A:
área de secção transversal (mm2)
Algumas funções de um
multímetro e como usá-lo :
O multímetro é capaz de
medir:
• Corrente
elétrica (contínua e alternada) – função amperímetro
• Tensão
elétrica (contínua e alternada) – função voltímetro
• Resistência
elétrica - função ohmímetro
• Capacitância
• Frequência
de sinais alternados
• Temperatura
• Entre
outros
Medidas
de Tensão DC: Posicione a chave rotativa em uma das faixas V=
(200mV, 2000mV, 20V,200V ou 600V).
Medidas
de Tensão AC: Posicione a chave rotativa em uma das faixas V~(200V
ou 600V).
Medidas
de Resistência: Posicione a chave rotativa em umas faixas Ω (200Ω,
2000Ω, 20kΩ, 200kΩ,2000kΩ).
Medidas
de Corrente DC: Nunca tente efetuar a medida de corrente em um
circuito onde a tensão de circuito aberto entre o circuito e o terra
seja maior que 250V. Se o fusível se queimar durante uma medida, o
instrumento pode ser danificado ou o usuário sofrer ferimentos.
Utilize os terminais, função e faixa de medida apropriada. Quando o
instrumento estiver configurado para medir corrente, não coloque as
ponta de prova em paralelo com nenhum circuito. Posicione a chave
rotativa em uma das faixas A= (200µA, 2000µA, 20mA,200mA ou 10A).
Lembre-se que para medida na faixa 10A, deve-se usar a entrada de
10A.
Teste
de hFE de Transistor:
Posicione
a chave rotativa em hFE. Identifique o tipo de transistor (NPN ou
PNP) e conecte os terminais emissores, base e coletor aos pontos
correspondentes do soquete de teste. Para teste de LED, insira os
terminais do componente onde a indicação LED + - é mostrada no
soquete.
Geradores
Elétricos:
Os
geradores elétricos são todos aqueles dispositivos capazes de
transformar qualquer forma de energia em energia elétrica, as pilhas
e baterias são alguns tipos de geradores elétricos. Representação
do gerador:
E=
força eletromotriz
r
= resistência interna do gerador (Ohms)
i=
corrente elétrica (Ampères- A)
V=
tensão útil (Volts - V)
Equação
do gerador:
V=E-r.i
V=
tensão utilizável pelo circuito
E
= tensão total fornecida pelo gerador (fem)
r.i
= queda de tensão pela resistência interna do gerador .
Cálculo
:
ε
= U+r.i
2,02=2,1+0,1
r.
0,6²/1000=0,3¹
r=1000/2=
500 ohms
FEM=
2,02
i=0,58
mA =0,6 mA
ε
= 2,03 V = 2,02 V
DDP=
U = 2.0 V
Resistores:
Os
resistores são componentes de circuitos elétricos que possuem a
finalidade de limitar a corrente elétrica ou gerar calor.
Os
resistores são componentes de circuitos elétricos que possuem a
finalidade de limitar a corrente elétrica ou gerar calor.
Resistor
presente uma gerador, limita a corrente elétrica e produzir queda
de tensão
Esse
resistor fica fixado na parte de dentro do chuveiro. Para selecionar
o tipo de banho que se deseja tomar, existe na sua parte exterior uma
chave seletora que é capaz de mudar o tipo de resistência,
aumentando ou diminuindo a potência do chuveiro e, consequentemente,
a temperatura do banho.
Conclusão:
No começo do nosso projeto
tivemos muitas dificuldades, tanto para entender a proposta do
projeto quanto com a participação dos integrantes do grupo na
confecção das pilhas. conseguimos obter os resultados esperados nos
primeiros protótipos, Com ajuda do nosso professor pudemos
compreender as dúvidas que estavam bloqueando o nosso aprendizado
com tipo do projeto proposto, e por fim pudemos entender o objetivo
do trabalho, que era aprender praticando.
Referências:
Referencias
das imagens :
[1]
https://media.gettyimages.com/photos/alessandro-italian-physicist-known-especially-for-the-development-of-picture-id534256350
[2]
https://alunosonline.uol.com.br/upload/conteudo_legenda/d13cae121eb0bca8b09801236115c95d.jpg
[3]https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a0/Daniell%C5%AFv_%C4%8Dl%C3%A1nek_001.png/220px-Daniell%C5%AFv_%C4%8Dl%C3%A1nek_001.png
[4]
https://i2.wp.com/www.amegaloja.com.br/blog/wp-content/uploads/2017/08/how-to-take-betterfamily-vacationpictures-16.png
[5]
https://s3.static.brasilescola.uol.com.br/img/2012/10/leclanche.jpg
[6]
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEja_CnVjhQCWI7khmu5QFb2ST9RuhRh3DfI94dksPsTTfRTfuSPDjxFJNGc8kBLWWnyzlMULqeLYTbFriuQGxij85eEiFAlHbIoC3GB9YFrzUdHIWQPgNJIJWUdWwRr7QSHXz-3NueyGII/s1600/10-3.jpg
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[8]http://static.wixstatic.com/media/584d8f_f42732aa208a4ff0a0bb417645d46fde~mv2.png/v1/fill/w_303,h_225,al_c,lg_1/584d8f_f42732aa208a4ff0a0bb417645d46fde~mv2.png
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[11]
http://meiobit.com/wp-content/uploads/2017/03/20170308li-ion-battery.jpg
