Você pode montar uma pilha e realizar experiências interessantes demonstrando como se consegue energia a partir de reações químicas, tudo usando material simples e de fácil obtenção. Este trabalho é ideal para os que gostem de realizar experiências práticas envolvendo química, física e eletrônica e melhor ainda para uma exposição de ciências ou como trabalho escolar.
Nota: Artigo publicado na revista Eletrônica Total 44 de 1992.
Trabalhos escolares ou experiências que envolvam eletricidade e outras ciências não são facilmente encontradas em livros. O que descrevemos neste artigo é ideal para demonstrações em sala de aula, para trabalhos escolares, exposições científicas e até mesmo para os que gostam de "inventar" um pouco, e talvez descobrir coisas interessantes.
Trata-se de uma pilha experimental que mesmo sem usar materiais difíceis ou de manuseio perigoso se consegue gerar de 0,5 a 1,2 volt e é capaz de alimentar alguns dispositivos elétricos e eletrônicos simples. A pilha tem boa durabilidade e na versão básica não usa substâncias tóxicas.
Através dela o leitor pode aprender ou demonstrar o princípio segundo o qual funciona as pilhas comuns.
COMO FUNCIONA
Se dois metais diferentes forem imersos numa solução condutora, como por exemplo água e sal ou água e ácido sulfúrico, ocorre uma reação química sobre um dos metais que libera íons, os quais movimentando-se fazem aparecer nos dois metais, cargas elétricas de sinais opostos, (fig. 1).
No caso do cobre e do zinco, por ser o cobre menos eletronegativo que o zinco, ele perde elétrons com mais facilidade se torna positivo, isso significa que os elétrons migram para o zinco, que se torna negativo. Entre estes dois metais pode então manifestar-se uma tensão elétrica.
Se ligarmos um circuito externo entre estes dois metais, uma corrente elétrica vai circular, entregando a energia elétrica que é liberada na reação química. Se o circuito for um simples fio de nicromo, que apresenta uma resistência elétrica a energia gerada se converte em calor com um pequeno aquecimento do fio, (figura 2).
Veja que a reação que "ataca" o zinco continua para liberar energia, consumindo este metal somente quando houver a corrente externa. Enquanto a solução tiver poder para atacar o zinco e o zinco ainda existir, teremos a possibilidade de gerar a corrente que alimenta o circuito externo. A tensão que obtemos numa pilha deste tipo (f.e.m), depende dos metais usados, enquanto a corrente depende do tamanho das placas de metal e também do tipo de solução que vai reagir dom o metal "mais negativo".
Metais como o cobre para o polo positivo e o zinco, chumbo ou alumínio para o negativo proporcionam bons resultados, fornecendo tensões entre 0,5 e 1,2 V.
A solução mais forte é a formada por água e ácido sulfúrico, mas como o ácido exige cuidados no manuseio, para um trabalho mais seguro pode ser usada a água e sal. Água e soda cáustica também funcionam bem.
MONTAGEM
Na figura 3 temos o desenho de nossa pilha experimental que é montada num vidro de conservas de boca larga.
A tampa original é substituída por uma rodela de material isolante, como madeira ou plástico, onde são fixadas por meio de parafusos as placas de metal. Estes mesmos parafusos servem para prender os fios de ligação ao circuito exterior.As dimensões das placas dependem do tamanho do vidro.
O leitor poderá montar mais de uma destas pilhas para experimentar associações em série que permitem aumentar a tensão, conforme sugere a figura 4.
USANDO A PILHA
Diversas são as experiências que podemos fazer com nossa pilha experimental demonstrando a produção de energia elétrica a partir de reações químicas. Estas experiências exigem poucos materiais adicionais e muitas são bastante simples:
a) Medida de tensão
Se o leitor possuir um multímetro pode verificar imediatamente quantos volts estão disponíveis na sua pilha. Na figura 5 mostramos como isso é feito.
O multímetro deve estar na escala Volts c.c. -mais baixa. A tensão estará entre 0,5 e 1,2 V.
b) Eletroímã
Enrole 100 a 500 voltas de fio esmaltado fino num prego e raspe as pontas deste fio, (figura 6).
Ligando este eletroímã à pilha ele será capaz de atrair pequenos objetos de metal como limalha, pregos, alfinetes, etc. O leitor poderá demonstrar que a atração só ocorre quando o eletroímã está ligado à pilha, o que atesta a origem da energia nas reações químicas que ocorrem no seu interior.
c) Produção de som
A conversão de energia elétrica em som é obtida com o circuito mostrado na figura 7. Usando uma lima e um alto-falante, ao raspar a ponta do fio na lima obtemos um sinal elétrico que produz ruído no alto-falante. Evidentemente a corrente para este circuito vem de nossa pilha experimental.
d) Oscilador de áudio
Agora temos um circuito mais complexo com um transistor que deve ser de germânio (que opera com tensões mais baixas). Este transistor pode ser um 2SB75, 0074 ou qualquer outro, antigo, de algum velho rádio transistorizado ou outro aparelho fora de uso.
Este circuito vai produzir um som contínuo quando ligado na nossa pilha e pode funcionar com tensões a partir de aproximadamente 0,8 V.
Na figura 8 temos o diagrama completo do aparelho. A disposição dos componentes usados numa ponte de terminais.
Observe a posição do transistor. O transformador também é aproveitado de um velho rádio transistorizado. Trata-se do transformador de saída que estava ligado no alto-falante. O potenciômetro de 47 kΩ permite ajustar o ponto de funcionamento e a frequência do som produzido.
Dependendo do transformador e das características do transistor podem ser necessárias alterações de valores dos dois capacitores, de modo a se obter oscilações. Os valores podem ser dobrados ou reduzidos à metade para estas experiências. Com duas pilhas ligadas em série, certamente o funcionamento do oscilador será melhor e o volume do som produzido será maior.
e) Pisca-LED
Este circuito funciona com tensões a partir de 0,8 V e usa um circuito integrado LM3909 da National, capaz de multiplicar a tensão para acender um LED que precisa de pelo menos 1,6 V.
O pisca-pisca de 1 LED funcionará numa frequência de 1 hertz, ou 1 piscada por segundo. O circuito é de baixo consumo, o que permite a alimentação pela nossa pilha experimental com excelente autonomia. A frequência é dada pelo capacitor que pode ser alterado numa boa faixa de valores.
Na figura 10 temos o circuito completo do pisca-pisca. A disposição dos componentes na matriz de contatos, já que se trata de montagem experimental, é mostrada na figura 11. O LED é de qualquer cor e o capacitor deve ter uma tensão de trabalho a partir de 3 V.
MANUTENÇÃO
Com o tempo a solução torna-se turva na pilha e as placas (negativas) são corroídas, quando então a pilha enfraquece. Um procedimento importante é de periodicamente trocar a solução e lavar bem as placas.
Se a placa negativa estiver muito corroída, deve ser trocada. A durabilidade da pilha depende do tempo que ela ficar ligada e da carga, ou seja, do consumo do aparelho alimentado, mas chegará a muitas semanas, de modo que para uma feira ou demonstração somente, certamente a pilha terá autonomia para todas as atividades programadas.
Na preparação da pilha com ácido sulfúrico, a solução é bem diluída (uma parte de ácido para 10 ou mais de água) e o manuseio deve ser feito com cuidado em local ventilado pois os vapores emanados são tóxicos. Lembramos também que se trata de uma pilha e não de acumulador de modo que as reações são irreversíveis, ou seja, a pilha experimental não pode ser recarregada.
