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ELETRICIDADE BÁSICA

Baterias, Condutores e IsolantesDefinições, características e os tipos diversos

Wanderson Alves - 3º períodoCiência da Computação – março, 2016Faculdade Pitágoras

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Pilhas e BateriasA origem da palavra bateria é anterior à invenção da pilha de Volta. Quem introduziu o termo nos estudos de eletricidade foi Benjamin Franklin, em 1748, referindo-se a uma série de capacitores conectados formando uma bateria (no sentido de conjunto).

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Pilhas e BateriasO termo bateria foi extrapolado para a eletroquímica e é usado hoje para identificar células voltaicas interconectadas, como a bateria de automóvel e a bateria de 9V .O termo pilha é normalmente usado para dispositivos que contenham apenas uma célula voltaica como, por exemplo, as pilhas secas .As pilhas e baterias são classificadas em primárias e secundárias. As primárias são aquelas que não podem ser recarregadas, como as pilhas “comuns” e alcalinas. Já as secundárias são as que podem ser recarregadas, por exemplo, as baterias de carro e de celular.

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Pilhas e Baterias1800 – Pilha de Volta - Alessandro VoltaA pilha de Alessandro Volta consiste em metais de dois tipos separados por panos umedecidos em sal ou ácido fraco. Os discos de metal ficavam empilhados, por isso o nome pilha. Os primeiros metais usados por Volta foram a prata e o zinco.A tensão fornecida pela pilha de Volta depende do número de elementos na pilha.

1866 – Pilha de Leclanché - Georges LeclanchéA pilha Leclanché utiliza o zinco (Zn) e dióxido de manganês (MnO2). A tensão em seus terminaisvaria de 1,4 a 1,6 volts.Ela foi a precursora da pilha seca desenvolvida por Carl Gassner, em 1887. A pilha seca é a nossa atualpilha comum e possui esse nome porque não utiliza eletrólito líquido. Se você já viu uma pilha por dentro, notou que ela possui uma gosma preta. Nela está, entre outras substâncias, o dióxido demanganês. As pilhas secas comuns fornecem uma voltagem de 1,5V.

Ainda houveram em:1836 - Pilha de Daniell - John Frederic Daniell1839 - Pilha de Grove - William Robert Grove1839 - Célula de combustível - William Robert Grove1859 - Gaston Planté – Bateria de chumbo-ácido

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Pilhas e Baterias1899 – Pilha de níquel cádmio - Waldmar JungnerFoi a primeira pilha alcalina da História. Junger utilizou um meio alcalino (hidróxido de potássio - KOH) no qual ficavam os eletrodos constituídos de níquel e cádmio. A pilha de Junger é a base das primeiras pilhas recarregáveis portáteis. Hoje são mais comuns pilhas semelhantes de níquel-metal (NiMH), que possuem maior capacidade e são menos tóxicas. Essas pilhas fornecem uma tensão de 1,2V.Em 1955, a empresa Eveready desenvolveu as pilhas alcalinas não recarregáveis que utilizamos até hoje.

Décadas de 1970 e 1990 – Pilhas de lítio e íons de lítioAs primeiras pesquisas utilizando metal lítio nos eletrodos de pilhas foram realizadas em 1912 por G.N.Lewis. Entretanto, somente em 1970 elas foram comercializadas. As pilhas de lítio (não recarregáveis) são largamente utilizadas em relógios, computadores e outros dispositivos. A voltagem típica dessapilha é de 3V, o dobro das pilhas secas comuns.

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Pilhas e BateriasCélulas de combustível – a Bateria do FuturoAs células de combustível modernas fornecem energia elétrica suficiente para várias aplicações. Já existem hoje protótipos de automóveis alimentados por elas e a NASA as usa em suas naves espaciais.

Apesar de ser tecnicamente possível o uso de outros “combustíveis”, o mais largamente usado é o hidrogênio e o oxigênio, por produzirem como resíduo a água - inofensiva para o meio ambiente. Em seu ciclo de funcionamento, o hidrogênio gasoso (normalmente fornecido através de um tanque) entra na célula e é ionizado com auxílio de um catalisador. O íon hidrogênio segue seu caminho por dentro da célula, enquanto seu elétron é conduzido ao circuito externo, produzindo corrente elétrica. Após circular pelo circuito externo, os elétrons retornam à célula e, juntamente com o oxigênio gasoso (normalmente obtido do ar), formam água.

Os ambientalistas questionam a eficiência ecológica de um uso maciço de células de combustível ahidrogênio já que, para a produção do hidrogênio gás, é consumida uma energia que provavelmente virá de fontes não limpas.

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Condutores e IsolantesDe nossa experiência diária, conhecemos alguns materiais que compõem os bons condutores deeletricidade e os isolantes. Veja a tabela abaixo:

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Condutores e IsolantesMicroscopicamente, o que diferencia o condutor do isolante é que, no primeiro, os portadores de cargas estão livres, e no segundo, não. Por exemplo, nos metais, os elétrons são livres para se movimentar. Já na cerâmica que compõe a vela dos automóveis, os elétrons estão fortemente ligados e não ficam disponíveis para transportar corrente elétrica. Um isolante submetido a uma tensão elétrica muito alta pode ter seus elétrons “arrancados” de sua estrutura e tornar-se um condutor. É o caso da linha de pipa em cabos de alta tensão.

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Condutores e IsolantesA condição para que um líquido ou gás conduza eletricidade é a mesma dos sólidos: cargas livres. Os metais no estado gasoso e líquido possuem ainda elétrons livres e conduzem eletricidade através desses portadores de carga. Mas, e a água, é boa condutora de eletricidade? E o ar?

Para que um gás como o ar conduza eletricidade é preciso que esteja ionizado. Isso acontece quando altas tensões são aplicadas a ele, por exemplo, no caso das lâmpadas neon e dos relâmpagos.

A água livre de impurezas é um péssimo condutor de eletricidade. Isso porque os íons que existem na água são em pouquíssima quantidade. Entretanto, é só salpicar um pouquinho de sal de cozinha na água para que a solução, assim formada, conduza eletricidade.

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Condutores e IsolantesO principal componente do sal de cozinha é o cloreto de sódio (NaCl), que na forma sólida é isolante. Já em meio aquoso, os íons Na+ e Cl- se dissociam, tornando-se assim portadores de carga livres da solução. Processos semelhantes acontecem com outros sais, com ácidos e bases dissolvidos em água.

Por exemplo, o vinagre contém ácido acético dissolvido em água, por isso conduz eletricidade. A soda cáustica, mesmo sólida, absorve a umidade do ar e pode conduzir eletricidade. As soluções que possuem íons livres são chamadas de soluções eletrolíticas.

Fonte: http://web.ccead.puc-rio.br/condigital/mvsl/Sala%20de%20Leitura/conteudos/SL_pilhas_e_baterias.pdf - Pilhas e BateriasMoises André Nisenbaum