Eletromagnetismo no Ensino Médio

Depois da realização da atividade experimental da pilha, o professor conduz a reflexão dos alunos para que compreendam como essa pilha se encaixa no tema da Eletricidade e se conecta ao conceito de corrente elétrica que está em construção. As perguntas a seguir eu construí para orientar a minha intervenção nessa parte da atividade. Não as usei como receita, uma a uma e na sequência em que escrevi, mas as tive como uma referência, que me ajudaria a conduzir a discussão com a classe.
Essas questões sobre o funcionamento da pilha seguem a uma observação e manuseio minucioso utilizando o multímetro, para chegar aos objetivos propostos na atividade. O professor utiliza as informações conseguidas para suas intervenções, então não existe uma sequência a ser seguida, mas uma orientação, propondo as perguntas sugeridas ou formulando outras, se achar necessário.
Não usei essas perguntas para uma atividade escrita. Elas foram somente um guia para mim, enquanto conversava com os alunos a respeito das conclusões que tiramos da atividade da pilha. A partir do que os alunos iam falando e das informações que iam trazendo, eu introduzia uma das questões; assim, ficou mais fácil para mim não perder o foco durante uma atividade oral.
Em seguida a essa discussão, os alunos realizaram uma atividade escrita, que chamei de avaliação.

"Convite ao raciocínio"...

1. Por que se deve lixar as lâminas?
A fim de se remover impurezas e óxidos das lâminas, que dificultam as reações.

2. Qual lâmina fornece os elétrons?
A lâmina de zinco, pois na combinação de zinco e cobre, conforme a fila de reatividade, o zinco tenderá a ceder elétrons para o cobre, por ser mais reativo.

3. Qual metal possui menor potencial de oxidação?
O cobre, pois ele tende a receber elétrons do zinco, passando de Cu²⁺ para Cu⁰.

4. Oxidação e redução são fenômenos isolados?
Não, a perda ou ganho de elétrons nuca ocorrem isoladamente. Isso significa que só haverá oxidação se houver também redução.

5. Onde estão imersas as placas de zinco e de cobre?
Os eletrodos Zn e Cu estão em contato com a mesma solução eletrolítica de CuSO₄.

6. O que acontece quando colocamos a placa de zinco em contato direto com a solução de sulfato de cobre?
A reação oxirredução ocorre espontaneamente, com transferência direta de elétrons do zinco para o cobre da solução. Não é uma fonte de energia eficiente porque há um aumento de temperatura, isto é, produção de calor, o que é pouco útil, além de não realizar trabalho elétrico útil.

7. Quais são as partículas com carga que se movimentam através de um fio externo da pilha?
Os elétrons.

8. Quais são as partículas com carga que se movimentam na parte interna (solução) da pilha?
Os íons SO₄^2- e Cu²⁺

9. Como "surgem" esses elétrons que constituem a corrente elétrica enquanto a pilha funciona?
a. Quando uma placa de zinco é colocada em uma solução eletrolítica de zinco, o Zn metálico apresenta a tendência de perder elétrons de acordo com a reação:
Zn⁰ Zn²⁺ + 2e^-

b. O zinco liberta íons positivos de Zn²⁺ na solução de sulfato de zinco, e retém elétrons, ficando negativo em relação à solução.

c. Similarmente, quando uma barra de cobre é colocada em uma solução eletrolítica, o cobre metálico também apresenta a tendência de perder elétrons.
Cu⁰ Cu²⁺ + 2e^-

d. Porém observa-se que a tendência do zinco de perder elétrons é maior do que aquela do cobre (se diz então que o zinco é mais reativo que o cobre)

e. O zinco liberta mais íons do que o cobre, acumulando mais elétrons. Por isso, o zinco fica mais negativo que o cobre.

10. O que acontece com esses elétrons após passarem pelo fio?
Chegando à placa de cobre, os elétrons do zinco são capturados pelos íons de cobre da solução (Cu²⁺), que sofrem redução e formam cobre metálico (Cu⁰) que se agrega à placa de cobre, aumentando sua massa.

11. a. Onde fica o polo negativo? Por quê? Que nome recebe?
No eletrodo de zinco, que fornece os elétrons. Ele é chamado de ÂNODO

b. Onde fica o pólo positivo? Por quê? Que nome recebe?
No eletrodo de cobre, no qual entram os elétrons. É chamado de CÁTODO.

12. Qual o sentido do movimento dos elétrons?
É do ânodo (pólo negativo, devido ao acúmulo de elétrons) ao cátodo (pólo positivo, devido à falta de elétrons).

13. O que é necessário para que se estabeleça a corrente elétrica?
É necessário que o circuito esteja fechado: no fio que une as duas placas metálicas, movimentam-se os elétrons e na solução, há o movimento dos íons.

14. O que se obtém ao se conectar as 2 placas metálicas mergulhadas em  uma solução eletrolítica, com um fio condutor contendo uma lâmpada?
Tem-se uma pilha funcionando como fonte de corrente elétrica, realizando trabalho (pode fazer funcionar uma pequena calculadora, por exemplo).

15. Qual o princípio de funcionamento da pilha?
Para que a corrente elétrica circule é necessário que o circuito esteja fechado. Pelo fio condutor, movimentam-se os elétrons que unem as placas metálicas e pela solução eletrolítica, os íons. A pilha, então, provoca a movimentação, num sentido preferencial, de cargas elétricas tanto no fio do circuito, como na parte interna da pilha.

16. O que é pilha?
A pilha é um dispositivo que aproveita a transferência de elétrons de uma reação de oxirredução e propicia o aparecimento de uma corrente elétrica através de um fio condutor. Dessa maneira, a pilha converte a energia química em energia elétrica.

17. Como você poderia aumentar o brilho da lâmpada?
Aumentando o número de placas da pilha.

Ver Experimento Pilha de Volta (Shizue)...

Ver avaliação...