Este projeto é ideal para professores e alunos do ensino fundamental e médio que desejam explorar o tema “fontes alternativas de energia”. Montaremos uma pilha experimental que poderá alimentar diversos circuitos e dispositivos, servindo como excelente trabalho par feiras de ciências e exposições.
Montaremos uma pilha (célula química) experimental que pode fornecer tensões de 0,7 V a 1,3 V, servindo para alimentar pequenos dispositivos elétricos.
Diversas delas podem ser ligadas em série para alimentar circuitos de maior tensão, como osciladores, LEDs, etc.
O principal atrativo desta montagem está no fato dela não utilizar materiais perigosos ou tóxicos.
Como Funciona
Se dois metais diferentes forem imersos numa solução condutora (iônica) como, por exemplo, água e sal ou água e ácido sulfúrico diluído, ocorre uma reação química em que um dos metais liberará íons que, movimentando-se criam uma diferença de potencial entre eles.
Em outras palavras, manifesta-se uma tensão elétrica entre os dois metais, conforme mostra a figura 1.
A polaridade de cada metal dependerá de sua natureza, sendo uns mais “eletronegativos” que outros.
Assim, no caso do cobre e do zinco, o cobre ficará positivo e o zinco negativo.
Se ligarmos aos dois metais um circuito, a diferença de potencial criada, ou tensão, fará com que circule uma corrente e com isso teremos uma transferência de energia, conforme mostra a figura 2.
No caso de um simples fio condutor, a corrente transformará a energia química gerada no processo em calor, mas podemos alimentar outros dispositivos com essa configuração.
Teremos então uma pilha que pode alimentar uma lâmpada, transformando energia química em luz, um oscilador transformando a energia química em som, e assim por diante.
Metais como o cobre e o zinco que usaremos no nosso experimento, podem fornecer tensões de 0,7 a 1,2 V com correntes razoáveis, mas existem outras configurações possíveis “mais potentes”, mas envolvem o uso de substâncias perigosas.
No nosso caso, trabalharemos em esses metais e uma solução formada por sal dissolvido em água.
Montagem
Na figura 3 temos os detalhes da montagem de nossa pilha que usa um vidro de conservas.
Dê preferência a um vidro com tampa plástica para poder fixar facilmente os eletrodos.
Esses eletrodos consistem em placas de cobre e zinco (pode-se tentar outras combinações de metais) presas por parafusos onde serão ligados os fios.
Poderemos montar diversas pilhas e ligá-las em série, somando assim suas tensões (dizemos força eletromotriz ou f.e.m.), conforme mostra a figura 4.
Usando a Pilha
Poderemos realizar muitas experiências interessantes com uma ou mais pilhas conforme descrevemos.
Vejamos algumas delas.
a) Medida da tensão
O que faremos neste caso é medir a tensão da pilha mostrando que ela realmente está gerando energia elétrica.
Para esta finalidade usaremos um multímetro que será ligado conforme mostra a figura 5.
O multímetro deverá estar na escala mais baixa de tensões contínuas (DC Volts).
b) Eletro-ímã
Um pequeno eletroímã experimental atrairá alfinetes e clipes de metal quando ligado à pilha.
Este eletroímã será feito com 100 a 500 voltas de fio fino num prego, conforme mostra a figura 6.
c) Produção de som
Com este experimento, converteremos energia elétrica em som, usando um pequeno alto-falante e uma lima, conforme mostra a figura 7.
Esfregando a ponta do fio na lima o alto-falante emitirá um som áspero, indicando a conversão de energia.
d) Oscilador de áudio
Poderemos converter energia elétrica da pilha num som contínuo e até montar um telégrafo experimental com o oscilador que descrevemos.
O circuito é mostrado na figura 8, utilizando preferivelmente um transistor de germânio que pode funcionar com tensões muito baixas.
Poderemos usar um BC548, mas talvez seja necessário ligar duas pilhas experimentais para conseguir alimentação suficiente para que ele funcione.
O pequeno transformador usado é de saída, obtida de um velho rádio transistor fora de uso, do qual também poderemos aproveitar o alto-falante.
Na figura 9 mostramos como fazer a montagem do oscilador usando uma pequena barra de terminais.
e) Pisca LED
Os LEDs vermelhos precisam de pelo menos 1,6 V para acender e os de outras cores precisam de mais.
Assim, para acender um LED com a baixa tensão de nossa pilha experimental, precisaremos de um circuito especial, como o mostrado na figura 10.
Este circuito faz com que o LED pisque numa frequência da ordem de 1 piscada por segundo.
A montagem numa pequena placa de circuito impresso universa ou matriz de contatos é mostrada na figura 11.
Manutenção
Com o passar do tempo, a solução no interior da pilha enfraquece e a pilha tem sua capacidade de fornecimento de energia diminuída.
Da mesma forma, a placa negativa sofre um processo de corrosão gradual ou simplesmente fica recoberta com uma capa de sal isolante.
De tempos em tempos, deve-se trocar a solução e limpar os eletrodos, removendo os resíduos que neles se acumulam.