Este documento discute pilhas, baterias, condutores e isolantes. Ele resume a história do desenvolvimento de pilhas e baterias desde a pilha de Volta em 1800 até as células de combustível modernas. Também define condutores e isolantes a nível microscópico e fornece exemplos de cada um.

1. ELETRICIDADE BÁSICA
Baterias, Condutores e Isolantes
Definições, características e os tipos diversos
Wanderson Alves - 3º período
Ciência da Computação – março, 2016
Faculdade Pitágoras
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2. Pilhas e Baterias
A 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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3. Pilhas e Baterias
O 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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4. Pilhas e Baterias
1800 – Pilha de Volta -
Alessandro Volta
A 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 Leclanché
A pilha Leclanché utiliza o zinco
(Zn) e dióxido de manganês
(MnO2). A tensão em seus
terminais
varia 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 atual
pilha 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 de
manganês. As pilhas secas
comuns fornecem uma
voltagem de 1,5V.
Ainda houveram em:
1836 - Pilha de Daniell - John Frederic Daniell
1839 - Pilha de Grove - William Robert Grove
1839 - Célula de combustível - William Robert
Grove
1859 - Gaston Planté – Bateria de chumbo-ácido
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5. Pilhas e Baterias
1899 – Pilha de níquel cádmio
- Waldmar Jungner
Foi 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 lítio
As 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
dessa
pilha é de 3V, o dobro das pilhas
secas comuns.
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6. Pilhas e Baterias
Células de combustível – a Bateria do Futuro
As 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 a
hidrogênio já que, para a produção do hidrogênio gás, é consumida uma energia que
provavelmente virá de fontes não limpas.
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7. Condutores e Isolantes
De nossa experiência diária, conhecemos alguns materiais que compõem os
bons condutores de
eletricidade e os isolantes. Veja a tabela abaixo:
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8. Condutores e Isolantes
Microscopicamente, 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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9. Condutores e Isolantes
A 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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10. Condutores e Isolantes
O 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
Baterias
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