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Muito comuns de se encontrar nas aulas de Física, Química ou Ciências, no Ensino fundamental, pilhas de batata, laranja ou limão são fáceis de serem feitas, funcionam e, por isso, suscitam a curiosidade de todos que tem suas mãos sujas por eles. Dessas três pilhas, a de batata é talvez a mais difícil de fazer funcionar, e aqui será possível entender o por que isso acontece - depois, lógico de tentar fazê-la funcionar. Os
materiais utilizados nessa experiência foram duas placas de metal, uma de
cobre, outra de ferro, fios de cobre, um voltímetro, uma calculadora, uma
lâmpada de 2,5 V – 0,5 A, batatas e laranjas.
Foram
feitas duas tentativas para ligar a lâmpada e a calculadora, as duas sem
sucesso. Tendo fracassado na primeira tentativa, depois de ler algumas coisas
na internet, resolvi mudar o arranjo experimental e medir outros parâmetros,
como a corrente elétrica, e associar as batatas em paralelo. O relato das duas
tentativas estão a seguir.
Primeira tentativa – Primeiro, os eletrodos de cobre e zinco
foram ligados à laranja e à batata e foi medida a tensão sobre os eletrodos,
como mostra a imagem abaixo. A tensão registrada em uma batata (0,82 V) foi
maior do que a tensão em meia laranja (0,76 V). Porém, a calculadora não
funcionou em ambas as situações.
Depois,
foram associadas em séries duas laranjas e duas batatas e medida a tensão sobre
os eletrodos das duas laranjas e batatas e sobre os eletrodos em cada uma das
laranjas e batatas, como mostra a imagem abaixo. Como acontece numa associação
em série, a soma das tensões em cada laranja e em cada batata é praticamente
igual a tensão sobre as duas laranjas e batatas: para as laranjas, 0,90 V ≈0,45
V + 0,47 V e, para as batatas: 1,18 V ≈ 0,63 V + 0,57 V.
Porém, mais
uma vez, nenhuma das associações das pilhas em série foi capaz de acender a
lâmpada ou ligar a calculadora, pois a corrente elétrica não foi grande o
suficiente para fazê-las funcionar . Para verificar se a lâmpada estava
funcionando, ela foi ligada a uma pilha de 1,5 V e acendeu, como mostram as
imagens abaixo.
Segunda tentativa – Nesta segunda tentativa, medi, primeiro, as
tensões de uma batata e, depois de duas e três batatas associadas em série,
como mostram as imagens abaixo. Com três batatas em série, a tensão chegou a
2,52 V.
Da mesma
maneira como fiz na primeira tentativa, com duas batatas associadas em série,
medi a tensão sobre cada uma delas, como mostram as imagens abaixo. Nesse caso,
a tensão sobre as duas batatas foi de 1,68 V, como mostra a imagem acima.
Depois de
ter feito isso, a lâmpada de 2,5 V – 0,5 A foi ligada a mesma pilha da
tentativa anterior e, agora, medi a corrente elétrica que passa por ela: 0,35
A. Isso aconteceu, pois não foram obedecidos as especificações elétricas da
lâmpada, tendo sido ligada a uma tensão de 1,5 V, como relatei na primeira
tentativa, e, consequentemente, a corrente elétrica foi menor do que a
especificada. Mesmo assim, a lâmpada acendeu, como mostra a imagem abaixo.
Assim,
tendo obtido o valor de corrente elétrica que faz lâmpada funcionar, resolvi
medir o valor da corrente elétrica que passa por ela ligando-a em uma e em três
batatas em série, como mostram as imagens abaixo.
Nas duas
situações, mais uma vez, a lâmpada não acendeu, mesmo a tensão chegando a 2,52
V na associação de três batatas em série. Com uma batata, a corrente elétrica
medida foi de 319 µA, enquanto na associação das três batatas a corrente que
passou pela lâmpada foi de 266 µA. Esses valores, por sua vez, são muito
menores do que o necessário para acender a lâmpada (décimos de ampère). Uma
coisa interessante é que, apesar da tensão da associação de três batatas em
série aumentar a tensão, diminui a corrente elétrica por causa da resistência
interna das batatas: como estão em série, a resistência interna total é a soma
da resistência de cada uma, o que, segundo a lei de Ohm, diminui a corrente
elétrica.
Finalmente, foram associadas duas batatas em paralelo para verificar o
que acontecia. Primeiro, depois de medir a tensão sobre uma batata, foi medida
a tensão da associação em paralelo das batatas e, como esperado, a tensão
praticamente não aumentou, como mostram as imagens abaixo.
Depois,
foram medidas as correntes elétricas, como mostram as imagens abaixo. Também
como esperado, a corrente elétrica aumentou, mas não o suficiente para a
acender a lâmpada: com uma batata, a corrente elétrica foi de 225 µA, enquanto
com duas batatas em paralelo a corrente foi de
421 µA.
II. II. O funcionamento de uma pilha de laranja é
semelhante a uma pilha de limão, duas frutas cítricas. Segundo a página da
internet http://www2.fc.unesp.br/experimentosdefisica/ele02.htm,
porque os dois eletrodos são feitos de materiais diferentes (nesse caso cobre e
ferro, com o cobre sendo o eletrodo positivo e o ferro o negativo por causa de
seus potenciais elétricos: 0,34 V para o cobre e – 0,44 V para o ferro), o
ferro tem tendência a perder elétrons e o cobre a ganhar, segundo as seguintes
reações:
Assim, os
elétrons livres do eletrodo de ferro vão em direção ao eletrodo de cobre
através do fio, formando a corrente elétrica. Ao mesmo tempo, os átomos de
ferro ionizados positivamente que perdem elétrons migram para a solução iônica
da laranja. Os elétrons que chegam ao eletrodo de cobre neutralizam os cátions
de hidrogênio, sendo que a redução de dois cátions de hidrogênio formam uma molécula
de hidrogênio (H2). Essa capacidade do eletrodo de cobre em reduzir
os cátions de hidrogênio perdendo elétrons é capital para o funcionamento da
pilha, pois, caso contrário, teríamos dois elétrodos negativos. Assim, a
corrente elétrica acaba quando acaba a solução iônica, ou seja, quando todos os
íons foram reduzidos, “acabando”a pilha.
Com relação
à pilha de batata, não encontrei nada a respeito, mas, assim como o limão e a
laranja, possui uma solução iônica, sendo um condutor eletrolítico.
Com relação
à força eletromotriz (f.e.m) e a tensão (U), o valor medido com o voltímetro diz
respeito à tensão, pois, segundo a equação do gerador, U = f.e.m – R.i, em que
R é a resistência interna da pilha e i a corrente elétrica que passa por ela.
Segundo a página da internet http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_21.asp,
a resistência interna de uma batata é por volta de 3.000 ohms, um valor muito
alto. Assim, como dissemos anteriormente, segundo a equação do gerador, porque
a resistência interna da batata é muito alta, a corrente elétrica que a pilha
fornece é muito pequena, não sendo o suficiente para ligar uma lâmpada de 2,5 V
– 0,5 A.
III. Considerando que a lâmpada de 3 W da lanterna
funcione com duas pilhas de 1,5 V, a corrente elétrica que passa por ele é,
segundo P=U.i, 1 A. Ou seja, para essa lanterna funcionar segundo suas
especificações deve ser ligada a uma tensão de 3 V e ser percorrida por uma
corrente elétrica de 1 A. Segundo as medições do item I. com uma batata, ela
fornece uma voltagem de 0,80 V e uma corrente elétrica de 225 µA, como mostram
as imagens abaixo.
Assim, para
atingir os valores especificados, teríamos que associar as batatas em série e
em paralelo: em série, cerca de quatro batatas, pois 3 V/0,8 V=3,75 , o que
daria uma tensão de 3,2 V, e em paralelo 4.445 batatas em cada ramo do circuito,
pois 1 A/225.10-6 A = 4.444,4. Ao todo seriam quase 18.000 pedaços
de batatas.
Finalmente,
o LED precisa de uma corrente elétrica muito menor do que uma incandescente
para funcionar. Como mostra a imagem abaixo, ligando um LED a uma tensão de
cerca de 3 V, a corrente elétrica que passa por ele é de 13,1 mA.
Assim como
acontece com a lâmpada incandescente, porque a tensão é muito próxima,
precisaríamos de 3ou batatas em série, porém o número de pilhas em paralelo
seria bem menor:
13,1.10-3A/ 225.10-6 A = 58,2, ou seja,
teríamos 59 ramos de 3 ou 4 batatas, cerca de 200 pedaços de batatas.
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Para construir uma pilha caseira (que funciona):
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