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Estudo e característica de uma pilha alcalina 1/13
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Estudo e carateristicas de uma pilha alcalina
Projeto FEUP 2016/2017 – MIEEC
Coordenadores Gerais: Coordenadores de Curso:
Manuel Firmino José Carlos Alves
Sara Ferreira José Nuno Fidalgo
Equipa: 1MIEEC04_4
Supervisor: Carlos Ramos Monitor: Nuno Fernandes
Estudantes & Autores:
Diogo Roque – [email protected] Margarida Santiago – [email protected]
Francisco Oliveira – [email protected] Tiago Barbosa – [email protected]
João Sousa – [email protected]
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Resumo
Este relatório tem como objetivo complementar a nossa formação académica e
aumentar os nossos conhecimentos sobre fontes de tensão, mais precisamente,
sobre a pilha alcalina.
A primeira pilha foi inventada e 1800 por Alessandro Volta, um físico italiano que
deu o nome à unidade de tensão vulgarmente usada – o Volt.
Atualmente, a pilha alcalina é uma fonte de tensão muito comum e usada em
todo o tipo de dispositivos eletrónicos, desde comandos de televisão a câmaras
fotográficas.
Neste trabalho estudámos em maior pormenor esta fonte de tensão,
determinando a sua característica I/V e observando a descarga da pilha ao longo do
tempo e concluir se a pilha alcalina é ou não uma fonte ideal de tensão.
Para a realização das experiências, montámos um circuito numa breadboard ao
qual se ligaram instrumentos de medição, bem como uma pilha alcalina e várias
resistências de 1 ohm.
Durante a realização das experiências, deparámo-nos com algumas peripécias,
nomeadamente os valores para a determinação da característica I/V da pilha
mostraram-se desfasados dos valores expectáveis.
No final concluímos que a pilha alcalina não é uma fonte ideal de tensão e que a
tensão foi dissipada na nossa experiência pelas resistências, sob a forma de calor,
verificando-se assim o Efeito Joule.
Palavras-Chave
Pilha alcalina; Lei de Ohm; Tensão; Intensidade da Corrente; Resistência.
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Agradecimentos
Este projeto não teria sido possível sem a intervenção de múltiplas
personalidades. Por isso, gostaríamos de agradecer ao professor Carlos Ramos,
nosso supervisor, e Nuno Fernandes, nosso monitor, pelo apoio prestado no
decorrer deste projeto e pela opinião sábia que nos forneceram.
Além deles, agradecemos aos coordenadores e monitores do Projeto FEUP que
nos acompanharam na semana de formação intensiva. Graças a eles, adquirimos
uma noção do grau de exigência e rigor científico que esta instituição espera de nós.
Por fim, um obrigado aos nossos colegas da turma 4 aos quais trocámos
impressões e dicas para amadurecer e refinar este trabalho.
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Índice
Lista de Figuras ............................................................................. 5
1. Introdução ................................................................................. 6
2. Pilhas ........................................................................................ 7
2.1. Origem ........................................................................ 7
2.2. Evolução...................................................................... 8
2.3. Pilha Alcalina ............................................................... 9
3. Atividade Laboratorial ............................................................. 10
3.1. Metodologia ............................................................... 10
3.2. Esquema de Montagem............................................. 10
3.3. Equações .................................................................. 10
3.4. Gráficos ..................................................................... 11
4. Resultados e Conclusões ........................................................ 12
5. Referências Bibliográficas ....................................................... 13
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Lista de Figuras
Figura 1- Alessandro Volta
Figura 2- Ilustração de uma pilha alcalina
Figura 3- Esquema de montagem da atividade laboratorial
Gráfico 1- Característica I/V da pilha
Gráfico 2- Descarga da pilha ao longo do tempo
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1. Introdução
No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, o grupo 4 da turma 4 do 1.ºano
do MIEEC, desenvolveu um trabalho no qual se estuda e caracteriza a pilha alcalina.
A pilha alcalina é uma fonte de tensão de uso bastante alargado na sociedade. A
sua constituição e propriedades vieram tornar este objeto responsável por fornecer
energia a diversos dispositivos eletrónicos.
Este relatório tem como objetivo direto estudar e caraterizar o comportamento do
referido instrumento, através da análise da tensão e intensidade da corrente em
diferentes situações e da relação que mantêm entre si. Através deste estudo,
averiguaremos se a pilha alcalina é ou não uma fonte ideal de tensão.
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2. Pilhas
2.1. Origem
A primeira pilha foi criada em 1800 pelo italiano Alessandro Giuseppe Anastasio
Volta.
Volta baseou-se nos estudos prévios de vários físicos, entre eles: Otto von
Guericke, que em 1600 idealizou a primeira máquina capaz de produzir eletricidade.
Bem como nas pesquisas de Luigi Galvani, cuja teoria da “eletricidade animal"
afirmava que os metais eram apenas condutores da energia presente nos músculos
dos animais, sendo refutada por Volta.
Volta demonstrou que Galvani estava errado comprovando que são “necessários
dois metais diferentes e um líquido que contenha iões para se obter eletricidade. Em
1795 conseguiu obter eletricidade mergulhando um pedaço de cobre e um de zinco
em uma solução de ácido sulfúrico, construindo o primeiro gerador elétrico. Para
aumentar o efeito do seu gerador, Volta empilhou lâminas de cobre e zinco,
separadas por panos húmidos em solução de ácido. Este dispositivo ficou
conhecido como pilha de Volta ou simplesmente pilha.”
Figura 1 – Alessandro Volta
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2.2. Evolução
A pilha voltaica, a primeira pilha alguma vez criada, apresentava limitações que
comprometiam a sua eficácia.
Em 1836 os problemas inerentes a esta pilha foram resolvidos por John Daniel,
cuja pilha desenvolvida é constituída por dois elétrodos, um de cobre mergulhado
em sulfato de cobre e outro de zinco mergulhado em sulfato de zinco.
Após John Daniel, em 1844, William Grove inventou a pilha termo-voltaica e
eletroquímica. Era constituída por uma placa de zinco imersa em ácido sulfúrico e
uma placa de platina imersa em ácido nítrico. Apesar de ser uma pilha com grande
potencial revelou-se bastante prejudicial à saúde.
Em 1868 Georges Leclanché desenvolveu a pilha seca (pilha de Leclanché). A
grande diferença residia no eletrólito utilizado: cloreto de amónio. Possuía ainda no
pólo positivo dióxido de manganês e no pólo negativo zinco.
A pilha de Leclanché foi mais tarde aperfeiçoada por Gassner, que a otimizou
substituindo a solução eletrolítica por uma pasta húmida e utilizando o zinco como
recipiente, para além de ser o pólo negativo.
Decorria o ano de 1940 quando o cientista Samuel Rubens revela a pilha
alcalina, com a ajuda da empresa americana Mallaroy (atual Duracell). Contudo esta
pilha tinha um revés: continha mais de 1% de mercúrio, um elemento extremamente
nocivo ameaçador para saúde e meio ambiente. Foi só a partir de 1990 que se
começaram a fabricar e vender pilhas com percentagens de mercúrio inferiores a
0,025%.
Atualmente, as pilhas alcalinas não apresentam qualquer risco, quer para a
saúde quer para o ambiente. Embora devam ser rejeitadas para um “pilhão”, podem
ser tratadas como resíduo doméstico.
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2.3. Pilha Alcalina
A pilha alcalina distingue-se da pilha comum pela sua constituição. É composta
por hidróxido de sódio (bom condutor eletrolítico), ao contrário da pilha comum cuja
composição possui cloreto de amónio.
Em comparação com as pilhas comuns a pilha alcalina aufere um rendimento
claramente superior. É capaz de fornecer correntes mais elevadas, mantém a
tensão, consegue atingir amplitudes de temperatura superiores e tem maior
duração. Por tudo isto, é compreensível que seja mais cara.
Figura 2 – Ilustração de uma pilha alcalina
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3. Atividade Laboratorial
3.1. Metodologia
Numa primeira experiência, utilizou-se uma breadboard ao qual se ligou uma
pilha alcalina como fonte de energia, ligou-se ao circuito diferentes números de
resistências de 1 Ohm tanto em série como em paralelo e dois multímetros: um
colocado em modo de voltimetro e ligado em paralelo ao circuito; e o outro em modo
de amperímetro e ligado em série com o circuito, determinando assim os valores de
tensão e intensidade da corrente para o diferente número de resistências.
Esses valores foram registados em tabela e transpostos no gráfico 1 que abaixo
se segue.
Na segunda experiência, usando uma montagem semelhante à da primeira, para
uma resistência de 1/3 ohm e 1 ohm, registou-se o valor da tensão em intervalos de
trinta segundos, registando novamente os valores de tensão numa tabela e
transpondo os valores no gráfico 2.
3.2. Esquema de montagem
3.3. Equações
Lei de Ohm:
𝑅 =𝑉
𝐼
Figura 3 – Esquema de Montagem
da atividade laboratorial
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3.4. Gráficos
y = -1,1426x + 1,8431R² = 0,8974
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
Inte
nsi
dad
e (I
)
Tensão (V)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Ten
são
(V
)
Tempo (min)
Gráfico 1 – Caraterística I/V da pilha
Gráfico 2 – Descarga da pilha ao longo do tempo
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4. Resultados e Conclusões
Pelos resultados obtidos observáveis no gráfico 1, pode-se comprovar a lei
de ohm, e, por consequência, que a intensidade de corrente e a diferença de
potencial são diretamente proporcionais, ou seja, à medida que a intensidade
diminui, a diferença de potencial diminui. O resultado da resistência foi muito
próximo de 1 (o valor pretendido), mais uma vez comprovando o que se pretendia. A
pequena divergência entre o resultado obtido e o resultado esperado deve-se aos
inevitáveis erros sistemáticos e à possibilidade de terem ocorrido erros acidentais.
Através da observação do gráfico 2, verifica-se que ao descarregar uma pilha
alcalina, a tensão vai diminuindo ao longo do tempo. No entanto, esta mudança não
ocorre de forma linear. Podemos verificar que no início da experiência existe uma
moderada descarga, que vai estabilizando, acabando por se manter relativamente
constante entre o minuto 3 e o minuto 8, momento em que começa uma descarga
mais acelerada, representada pela queda abrupta da tensão no gráfico, acabando
por estabilizar novamente. No decorrer da experiência, notou-se um aquecimento da
resistência.
Face aos resultados obtidos, podemos então concluir que a pilha alcalina não
é uma fonte de tensão ideal e que a energia perdida é dissipada pelas resistências
sobre a forma de calor. A esta propriedade das resistências dá-se o nome de Efeito
Joule.
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5. Referências bibliográficas
-Mundo Estranho. Acesso em 25 de outubro de 2016.
http://mundoestranho.abril.com.br/tecnologia/qual-e-a-diferenca-entre-a-pilha-
comum-e-a-alcalina/;
-Eletroquímica. Acesso em 25 de outubro de 2016.
http://eletroquimica223.blogspot.pt/2007/11/pilha-alcalina.html;
-Jennifer Rocha Vargas. "Pilhas"; Brasil Escola. Acesso em 27 de outubro de 2016.
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilhas.htm;
-Alunos Online. Acesso em 26 de outubro de 2016.
http://alunosonline.uol.com.br/quimica/pilhas-alcalinas.html;
- PilhaTec. Acesso em 26 de outubro de 2016.
http://pilhatec.blogspot.pt/2010/11/historia-da-pilha.html;
-Jennifer Rocha Vargas. "Pilha de Daniell"; Brasil Escola. Acesso em 26 de outubro
de 2016.
http://brasilescola.uol.com.br/quimica/pilha-daniell.htm>.
-blogbringit. Acesso em 26 de outubro de 2016.
http://blogbringit.com.br/curiosidades/a-evolucao-das-baterias/
-Mariana Lorenzo, Ideias Fora da Caixa. Acesso em 26 de outubro de 2016.
https://marianaplorenzo.com/2010/10/10/o-lado-positivo-da-pilha-%E2%80%93-
parte-i-historico-e-situacao-atual/
