Campo Elétrico
As forças elétricas podem se manifestar a distância. Tal fato possibilita o aproveitamento destas forças em diversas aplicações práticas, tanto pela eletrônica como pela eletrotécnica.
Veremos nesse artigo como a eletricidade pode manifestar estas forças através do que é denominado campo elétrico. Entendendo as propriedades do campo elétrico, será possível compreender como a eletricidade é transmitida através de fios, e de que modo funcionam geradores de energia elétrica como pilhas e baterias.
Somente entendendo como a eletricidade pode ser gerada e transmitida é que o leitor estará apto a entender muitas de suas aplicações práticas.
Em um breve resumo nesse artigo será tratado dos seguintes temas:
- como a eletricidade pode ser aproveitada para transmitir energia;
- qual o conceito de tensão e diferença de potencial;
- como funcionam os geradores químicos de energia elétrica;
- como usar pilhas em conjunto;
Forças Elétricas e Ação à Distância
Observando que quando carregamos um corpo, dotando-o de cargas elétricas, estas cargas podem influir em cargas colocadas nas proximidades, mesmo não havendo um contato físico entre elas.
Esta ação a distância das forças de natureza elétrica é a base de funcionamento de uma grande quantidade de dispositivos. Na verdade é ela que possibilita o aproveitamento da eletricidade para transportar a energia de que tanto dependemos.
Vejamos, pois, como as forças elétricas podem atuar à distância.
Quando carregamos um corpo de eletricidade, em sua volta surge um estado especial do espaço denominado campo elétrico. Qualquer carga elétrica colocada neste campo ficará sujeita a uma força que pode ser tanto de atração como de repulsão.
O campo elétrico de uma carga é representado através de linhas imaginárias denominadas de linhas de força. Estas linhas são orientadas de modo a sair dos corpos carregados positivamente e chegar aos corpos carregados negativamente, conforme mostra a figura abaixo.
Quando abandonamos uma carga num campo, esta carga, ao sofrer a ação do campo e entrar em movimento, pode transportar energia. Tal fenômeno é aproveitado em diversas aplicações práticas, algumas das quais veremos a seguir.
Pilhas
Se aproximarmos dois corpos com cargas distintas, manifesta-se entre eles uma diferença de estado elétrico, uma espécie de pressão que pode empurrar as cargas, fazendo-as transportar energia.
Assim um dispositivo que estabeleça este estado elétrico entre dois de seus pontos (denominados pólos) pode empurrar cargas elétricas através do campo criado, e com isso fornecer energia elétrica para um dispositivo externo.
A diferença de estado elétrico entre as extremidades ou pólos do dispositivo precisa ser medida. Essa diferença é denominada diferença de potencial (abreviada por ddp) e é medida em volts (V).
Uma forma de se fazer isso é através de dispositivos denominados pilhas.
As pilhas conseguem estabelecer esta diferença de potencial entre seus pólos através da energia liberada em reações químicas no seu interior.
Quando estas reações ocorrem, elétrons são retirados de um dos eletrodos e levados a outro. É chamado de eletrodo os pontos da pilha onde se liga o dispositivo externo a ser alimentado. Estes eletrodos são ligados aos pólos da pilha, onde então se manifesta o estado elétrico que possibilita o fornecimento de energia ao dispositivo externo, ou seja, a diferença de potencial.
Pilha Elementar
O tipo mais simples de pilha pode ser obtido colocando-se dois metais diferentes num líquido condutor denominado eletrólito. O eletrólito pode ser uma solução de água com um ácido, um sal ou uma base química como o hidróxido de potássio. As bases também são conhecidas como álcalis, de onde se origina o nome das pilhas alcalinas.
Na figura abaixo temos um exemplo de pilha elementar que pode estabelecer entre seus pólos uma diferença de potencial de 1,5 volt aproximadamente.
Como é observado, dois metais (cobre e zinco) são inseridos no eletrólito (água + ácido sulfúrico), que a partir disso terá a diferença de potencial nos metais. O cobre será positivo e o zinco negativo.
Pilha Seca
O tipo mais conhecido de pilha, e também mais barato, é a pilha seca, que pode ser encontrada em diversos tamanhos. Veja um exemplo na imagem abaixo.
Estas pilhas apresentam entre seus terminais uma ddp de 1,5 V, independentemente do seu tamanho. A diferença entre elas é que as maiores podem fornecer energia por mais tempo ou em maior quantidade.
A reação química que produz energia nestas pilhas é irreversível, ou seja, após encerrada a reação, não é possível revertê-la, recarregando a pilha. Isso significa que, uma vez esgotadas, estas pilhas não mais podem ser usadas, devendo ser descartadas.
Nas pilhas secas o reagente é uma mistura de substâncias à base de amoníaco, e o despolarizante é o permanganato de potássio. O despolarizante é uma substância que absorve os gases que, formados quando ela funciona, poderiam afetar seu funcionamento.
Outro tipo de pilha de maior durabilidade, são as alcalinas. Estas pilhas têm o mesmo formato das comuns (secas) e fornecem as mesmas tensões (ddp).
Baterias
É chamado de bateria a um conjunto de pilhas ou células individuais. As pilhas podem ser associadas de diversas formas, ou para obter maior tensão (ddp), ou para aumentar a sua capacidade de fornecimento de energia, prolongando a sua durabilidade.
Ligando as pilhas em série, as suas tensões se somam. Se as pilhas estiverem com ligação em série, as suas tensões se somam mas a capacidade de fornecimento de corrente permanece a mesma de uma pilha isolada. Quatro pilhas de 1,5 V resultam em 6 V. Veja um exemplo na imagem abaixo.
No entanto, se existirem pilhas “viradas para o lado contrário” , a tensão dessas pilhas é subtraída. Na figura abaixo temos três pilhas para um lado e uma para o outro, resultando em 6 – 1,5 = 4,5 V. Observe que o 6 da conta é referente a quatro pilhas de 1,5 V. Assim subtraímos 1,5 V referente a 1 pilhas em posição contrária.
No entanto, se existirem pilhas “viradas para o lado contrário” , a tensão dessas pilhas é subtraída. Imaginemos o que vimos na figura abaixo com três pilhas para um lado e uma para o outro (pilha com X), resultando em 6 – 1,5 = 4,5 V. Observe que o 6 da conta é referente a quatro pilhas de 1,5 V. Assim subtraímos 1,5 V referente a 1 pilhas em posição contrária.
Outra forma de ligar as pilhas é mostrada na imagem abaixo e consiste na associação em paralelo.
Nesta associação a tensão se mantém, mas a capacidade de fornecimento de energia aumenta e as pilhas duram mais comparado ao uso de apenas uma pilha. No exemplo da figura, as pilhas fornecem 1,5 V em conjunto e duram três vezes mais que uma pilha individual.
É possível também uma associação série-paralelo, que combina os dois tipos de ligação.
As pilhas convertem em energia elétrica a energia liberada numa reação química em seu interior. Nas pilhas comuns, como as secas e as alcalinas, vimos que esta reação é irreversível, de modo que, uma vez esgotada a substância em seu interior, a reação não pode mais ocorrer e a energia deixa de ser fornecida. A pilha, então, deve ser descartada.
Há quem se engane acreditando na possibilidade de recarregar pilhas usadas aquecendo-as ou colocando-as na geladeira. Ocorre que os gases formados no interior da pilha durante a reação afetam a produção de energia no final de sua vida útil. Quando deixamos a pilha “descansar” por um tempo, os gases podem ser absorvidos e assim a pilha funciona um pouco mais.
Na verdade é até perigoso usar a pilha tentando prolongar sua vida útil, pois as substâncias corrosivas do seu interior podem vazar, afetando os aparelhos.
Existem, no entanto, pilhas recarregáveis que se tornam cada vez mais populares. Estas pilhas, como as de níquel-cádmio, ou Nicad, podem ter a sua reação química revertida se passarmos uma corrente elétrica através dela no sentido inverso ao normal. Podemos então colocar essas pilhas em carregadores, cujos circuitos aplicam as correntes no sentido inverso e com intensidade controlada.
Essas pilhas podem ser recarregadas por um número muito grande de vezes, mas, cuidado: os carregadores precisam fornecer a corrente certa. Uma corrente excessiva pode aquecer a pilha a ponto de provocar sua explosão.
Entre os geradores recarregáveis também se incluem os acumuladores chumbo-ácido, usados nas baterias dos carros. Eles são carregados constantemente pelo alternador do carro, de modo a poder fornecer energia para a partida ou para um acessório, quando o motor está desligado.
Vejamos algumas perguntas e respostas com temas ligados ao conteúdo desse artigo.
O campo elétrico pode se manifestar até qual distância da carga?
O campo vai se enfraquecendo à medida que nos afastamos da carga, mas nunca se reduz a zero. Até a uma distância infinita ele existe, o que possibilita o uso deste efeito nas telecomunicações.
De acordo com as definições fornecidas, as baterias de carro são baterias ou pilhas?
As baterias de carro são formadas por células do tipo chumbo-ácido. São chamadas baterias porque resultam de uma associação de células, e não porque são recarregáveis.
As baterias de 9 V são recarregáveis?
As baterias comuns de 9 V são formadas pela ligação de 6 células secas ou alcalinas (conforme o tipo) ligadas em série, cada qual fornecendo 1,5 V. Elas são chamadas baterias porque são associações de células, mas não são recarregáveis.
As baterias de celulares são de que tipo
Existem diversos tipos e combinações de materiais que podem ser usados para se obter baterias recarregáveis, como níquel-cádmio, hidreto-metal, lítio e muitos outros. Estes materiais são usados para fabricar as baterias de celulares, que precisam armazenar grande quantidade de energia por muito tempo.
Referências: Tecset Eletrônica
Texto: Tecset Eletrônica
Imagens: Tecset Eletrônica
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