Eletromagnetismo no Ensino Médio
Pilha de Volta
Shizue
Introdução
Não vemos o que se passa no fio condutor e é difícil imaginar o que acontece no circuito elétrico. O experimento e os materiais são simples e pode ser realizado em sala de aula, em grupos ou em demonstração. Após a observação de propriedades macroscópicas: concentração - cor - massa, os alunos entenderão as reações químicas: as transformações dos materiais do ponto de vista microscópico e terão sobre o que falar quando você iniciar a apresentação do modelo de cargas elétricas. A pilha é responsável pela movimentação de cargas elétricas, mostra o que é corrente elétrica, como ela surge e como se mantém. Uma abordagem que estabelece o maior número de conexões entre o experimento e o conhecimento científico, onde o aluno encontra respostas sobre o que está acontecendo na estrutura microscópica dos materiais. O enfoque está nas discussões, nas reflexões e no que se espera que os alunos aprendam ao concluírem a atividade.
Conteúdo geral
- Eletricidade
Conteúdo específico
semi-reações de oxidação e
redução
conceito de voltagem - ddp
conceito da intensidade da corrente elétrica
conceito de corrente elétrica
Conhecimentos prévios
Ter observado um circuito simples, evidenciando a necessidade de um caminho fechado e ter percebido que para a lâmpada acender "algo circula", passando pelo filamento da lâmpada.
Posição no planejamento
A atividade se enquadra após os alunos terem montado um circuito utilizando 1 pilha, 1 ou 2 fios condutores e 1 lâmpada 1,5 V, na construção de circuito simples. Mas, o que é corrente elétrica? Como ela surge? Não encontramos respostas apenas através das observações do circuito elétrico, pois não conseguimos ver o que está acontecendo dentro de um fio. Então. a eletrólise, onde se comprova a movimentação de cargas, que explica o por que a lâmpada acende, pode ser também muito importante.
Cronograma
- 3 aulas
Objetivo Geral
Oportunidade de lidar com os fenômenos e as grandezas
envolvidas nos circuitos elétricos, com abordagem conceitual de
corrente elétrica e voltagem.
Através da Pilha de Volta compreender o mecanismo que gera a corrente
elétrica, entendendo o fenômeno eletroquímico como
tendência das substâncias em doar ou receber elétrons,
formando íons e culminando na produção de corrente
e outros fenômenos elétricos.
Objetivos específicos
Entender como aparecem as cargas e de onde vêm.
Entender como se obtém a ddp, qual o papel e como se mantém.
Saber onde aparece a corrente elétrica e como é essa corrente.
Perceber o caminho dos portadores de carga (elétrons e íons)
no circuito elétrico fechado.
Entender como a corrente elétrica é definida e caracterizada.
Uma curiosidade elétrica
1791 - Um anatomista italiano Luigi Galvani (1737 - 1798) estudando o
músculo da perna de um sapo, que se achava dependurada por um gancho
de cobre numa grade de ferro, observou que sofria contrações
toda vez que agitada pelo vento, encostava na grade. O fenômeno
se repetia quando a perna da rã era tocada com o bisturi e o gancho
de cobre simultaneamente. Galvani não soube explicar o fato e,
assim, atribuiu o acontecimento a uma eletricidade produzida pelo animal.
1798 - Um físico italiano Alessandro Giuseppe Antonio AnastasioVolta
(1745 - 1837) discordou e passou a estudar o fenômeno. Após
inúmeras experiências concluiu que a contração
seria uma evidência da passagem de corrente elétrica, pelo
contato de 2 metais diferentes ligados entre si pelo condutor úmido,
que era a musculatura da rã.
De onde veio o nome "pilha"?
É importante salientar que, até então, a única
forma de eletricidade conhecida era a eletricidade estática, que
se manifestava através de descargas descontínuas naturais
(raios) ou artificiais (garrafa de Leyden).
1800 - A invenção da primeira pilha, um dispositivo capaz
de produzir corrente elétrica contínua. Ele empilhou alternadamente
discos de zinco e de cobre, separando-os por pedaços de tecido
embebidos em solução de ácido sulfúrico. Esses
disos eram colocados um sobre o outro, separados por uma solução
eletrolítica, de maneira a formar uma pilha. Daí se originou
o nome que até hoje se conserva. Em justa homenagem, a comunidade
científica posteriormente adotou o nome volt para a unidade de
tensão elétrica.
9. Material
placas metálicas: 1 de Zinco e outra de Cobre 10
x 2 cm
1 papel absorvente
solução aquosa de sulfato de cobre 1 mol/L (12,5 g em 50
mL de água)
2 fios condutores com jacaré nas 4 extremidades
1 soquete
1 lâmpada 1,5 V
10. Procedimento
A montagem dessa pilha é feita como um sanduíche.
Limpar bem as placas com palha de aço, para permitir o contato
com os metais para que as reações possam acontecer.
Colocar a lâmpada no soquete e conectar de cada lado, os fios condutores
com os jacarés.
Dobrar o papel absorvente para que fique do tamanho das placas.
Colocá-lo sobre a placa de cobre e, em seguida, o papel deverá
ser embebido com a solução de sulfato de cobre.
Cuidado - A solução CuSO4 não poderá ser colocada
sobre a placa de Zn, pois ocorrerá reação
com transferência direta de elétrons porque o Zn é
um metal maia reativo que o Cu.
Colocar a placa de Zn e, imediatamente, conectar aos 2 pólos da
pilha, pressionando bastante os jacarés na parte externa da cada
placa, para que os contatos sejam estabelecidos.
Observação
1. A lâmpada acende, porém, se mantém acesa por pouco
tempo.
2. Separando as placas - Quais evidências você pode notar?
- no papel apareceu uma substância preta e a solução
CuSO4 ficou azul mais claro.
- na placa de cobre, formação de um depósito castanho-avermelhado
(cobre metálico) na superfície.
- na placa de Zn apareceu uma substância preta e também deposição
de cobre metálico.
Dica - 2 problemas
podem surgir nessa pilha:
a. quando o papel não está devidamente encharcado, contendo
poucos íons Cu2+ - em que a lâmpada apagará em pouco
tempo, devido ao decréscimo de corrente, ocasionado pela diminuição
de concentração desses íons.
b. quando o papel está demasiadamente encharcado - em que os íons
Cu2+ podem difundir-se na direção da placa de zinco, levando
à formação de cobre metálico na placa, modificando
sua superfície e conseqüentemente, arruinando a pilha, porque
impede o contato do metal com a solução.
Interpretação
A - A lâmpada acende porque tem coisas circulando no circuito metálico fechado, do qual o filamento de tungstênio faz parte.
B - Ao se conectar as 2 placas metálicas com um fio condutor contendo uma lâmpada, tem-se uma pilha funcionando como fonte de corrente elétrica, realizando um trabalho: acendendo uma lâmpada.
11. Conclusão
A partir da estrutura microscópica podemos entender as propriedades macroscópicas das substâncias, pois são decorrentes do tipo de ligação entre os átomos e da geométrica molecular, ou seja, da maneira como os átomos estão dispostos no agregado atômico. E, para a lâmpada acender é preciso que tenha movimento de cargas (elétrons ou íons).
Pilha é um dispositivo que aproveita a transferência de elétrons, em uma reação de óxido-redução, para propiciar, assim, o aparecimento de uma corrente elétrica através de um condutor. Dessa maneira, a pilha converte energia química em energia elétrica, disponibilizando energia química na produção de trabalho elétrico.
Circuito elétrico é o caminho por onde passa
corrente elétrica.
Para que uma lâmpada acenda precisamos de uma fonte elétrica
(pilha),porém precisamos conectá-la por meio de fios condutores,
sem o qual a corrente de elétrons não chega até ela.
O conjunto fios, lâmpada e pilha constitui a "via" por
onde passam os elétrons.
Quando você liga os fios na lâmpada e na pilha, os elétrons que saem do Zn empurram os elétrons livres do fio condutor. A pilha faz com que os elétrons movam-se. A energia necessária para forçar os elétrons a se moverem pelo fio, vem das reações químicas que acontecem dentro da pilha.