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

[7] https://www.pinterest.pt/pin/424323596114622149/

[8]http://static.wixstatic.com/media/584d8f_f42732aa208a4ff0a0bb417645d46fde~mv2.png/v1/fill/w_303,h_225,al_c,lg_1/584d8f_f42732aa208a4ff0a0bb417645d46fde~mv2.png

[9] https://i1.wp.com/www.amegaloja.com.br/blog/wp-content/uploads/2017/08/how-to-take-betterfamily-vacationpictures-7.png

[10] https://i1.wp.com/www.amegaloja.com.br/blog/wp-content/uploads/2017/08/how-to-take-betterfamily-vacationpictures-17.png?fit=782%2C386

[11] http://meiobit.com/wp-content/uploads/2017/03/20170308li-ion-battery.jpg