Como fazer uma pilha?

Neste artigo vou explicar como fazer uma pilha em casa, bem como explicar o seu funcionamento. Irei explanar alguns conceitos básicos de electricidade, como corrente eléctrica, diferença de potencial eléctrico, condutividade eléctrica e resistência.

Material necessário:

•       3 copos (de vidro, por exemplo);
•       3 chapas de cobre rectangulares (devem caber verticalmente dentro dos copos);
•       3 chapas de zinco (similares às de cobre);
•       3 rolhas de cortiça (ou algo que as substitua, ver procedimento);
•       4 fios condutores (de cobre; se tiverem fios de jacaré, melhor), de 20 cm cada, por exemplo;
•       1 dispositivo electrónico que funcione com uma pilha (um pequeno relógio, por exemplo);
•      Água e sal.

Procedimento:

• Cada copo deverá ser preparado com uma chapa de cobre e uma chapa de zinco no seu interior. As chapas não se podem tocar – tentem colocá-las paralelas, dentro de cada copo, com o auxílio de uma rolha de cortiça, ou algo semelhante. As chapas não têm que ser necessariamente destes metais, o importante é que sejam dois metais diferentes (no entanto, nem todas as combinações de metais resultam bem, podem experimentar com zinco e alumínio, que também é uma boa combinação). As chapas não podem estar oxidadas (se estiverem, basta desgastarem-nas com uma lixa).

• Com as chapas no seu interior, encham os copos com água. Coloquem uma colher (de sopa) de sal no interior de cada copo (mexam; podem retirar as chapas para o fazer). As chapas não podem ficar completamente submersas. Deixem pelo menos 1 cm fora da água.

• Conectem com os fios condutores a chapa de zinco de um primeiro copo à chapa de cobre do segundo copo (um fio); conectem a chapa de zinco do segundo copo à chapa de cobre do terceiro copo. Conectem a chapa de cobre do primeiro copo a um dos terminais do dispositivo electrónico (onde colocariam a pilha) e conectem a chapa de zinco do terceiro copo ao outro terminal do dispositivo. Se nada acontecer, provavelmente têm os terminais invertidos – liguem a chapa de cobre do primeiro copo ao outro terminal do dispositivo e liguem a chapa de zinco do terceiro copo ao terminal a que estava ligada a chapa de cobre. Como conectar? Se tiverem fio de jacaré, basta colocar o “jacaré a morder” as chapas e os terminais. Caso seja apenas fio condutor, têm que “descarnar”, de modo a deixar o cobre à vista, e depois liguem-no com fita-cola (por exemplo) às chapas e aos terminais (ou de outra forma, desde que os metais fiquem em contacto, para que haja passagem de corrente eléctrica).

Se não funciona, o que pode estar errado?

• Chapas oxidadas;
• Chapas a tocarem-se no interior de um ou mais copos;
• Pouco sal (o sal no fundo não tem nenhuma função: mexam a água);
• Contactos eléctricos mal feitos;
• Ligações cobre-zinco incorrectas (cobre-cobre, ou zinco-zinco, não permite a passagem de corrente);
• Ligação ao dispositivo invertida.

Porque não vos digo eu quais os terminais correctos? Dependerá dos metais usados, à partida com cobre e zinco, o cobre será o pólo positivo e o zinco o negativo.

Como funciona?

Primeiro, temos água com sal, porquê? O sal dissolvido na água “transforma-se” em iões livres (positivos e negativos), os quais fazem a condutividade eléctrica da água salgada consideravelmente mais elevada que a água “normal” (e muito mais que a água desionizada).  O que significa “condutividade eléctrica”? Um material é tanto mais condutor quanto menor resistência apresentar à passagem de corrente. A resistência, por sua vez, traduz-se numa dissipação de energia (calor). Uma torradeira, por exemplo, usa resistências para torrar o pão, ou seja, fios condutores que têm uma condutividade eléctrica baixa e que dissipam muita energia – a energia dissipada é a responsável pelo torrar do pão. Todos os materiais apresentam alguma resistência à passagem de corrente, exceptuando os supercondutores (ver artigo); no outro extremo estão os isoladores, com resistência extremamente elevada, idealmente infinita, que não deixam passar corrente eléctrica.

Alessandro Volta, físico italiano principalmente conhecido pela invenção da pilha. É em homenagem a ele que as tensões eléctricas (ou diferenças de potencial eléctrico) são medidas em “volt”.

Alessandro Volta descobriu que se juntar dois metais diferentes, irá haver troca de electrões entre eles: um irá receber carga (negativa) e o outro vai perdê-la (ficando carregado positivamente). Assim, ao colocarmos dois metais diferentes dentro do copo com iões positivos e negativos, um deles irá atrair os iões positivos enquanto que o outro irá atrair os iões negativos, havendo as chamadas reacções redox na superfície dos metais (reacções de redução e oxidação, em que na redução há ganho de electrões e na oxidação perda). Se ligarmos um fio a ambos os metais,  visto haver diferença de carga entre os dois metais, irá gerar-se uma corrente eléctrica. As correntes eléctricas são geralmente induzidas por diferenças de carga (colocando de parte os fenómenos electromagnéticos), porquê? Penso que a melhor analogia é considerarem a existência de duas cisternas de água iguais, a igual altura, conectadas por um tubo (na parte de baixo de cada cisterna): nestas condições, se colocarem água numa das cisternas, cada cisterna ficará com metade da água (desprezando a água contida no tubo). Esta é uma situação de equilíbrio, onde não existe água a fluir de uma cisterna para a outra. Se colocarem mais água numa cisterna, irá haver um fluir de água no tubo, em direcção à cisterna com menos água, para igualar os níveis de água (ver figura seguinte). Fazendo então a analogia para a electricidade, as cisternas são, por exemplo, dois metais; o tubo é um fio condutor; a água é carga eléctrica (electrões); e o fluir da água é a corrente eléctrica.

Dois recipientes (gobelés) conectados por um tubo junto ao fundo deles. Como têm diferente quantidade de água, haverá um fluir de água do recipiente do lado esquerdo para o do lado direito, de modo a igualar os níveis de água dos dois recipientes.

Porquê colocar em série os copos? Antes de mais, é importante perceber que não se poderia ligar o cobre ao cobre, ou o zinco ao zinco, porque nesse caso não haveria diferença de carga (diferença de potencial eléctrico), logo a corrente não conseguiria passar ali. Ao usar vários copos está-se basicamente a aumentar o “desnível” nas cisternas – aumenta o “potencial eléctrico” (contudo não a corrente eléctrica, que na analogia só poderia ser aumentada se se aumentasse o diâmetro do tubo de conexão, ou seja, na nossa experiência seria substituir a nossa solução salina por uma solução iónica com maior condutividade eléctrica). Como a corrente eléctrica não aumenta com o incremento de copos, escusam de tentar ligar a televisão com estes copos, pois a corrente nunca será suficientemente elevada!

Por fim, só para concluir a analogia, o dispositivo eléctrico que funciona devido à existência desta corrente eléctrica seria como que uma turbina colocada no tubo, a qual seria movida devido ao fluir da água. Uma pilha não pode gerar corrente eléctrica para sempre, pois tal como as cisternas igualam o seu nível de água, também aqui a diferença de carga tende para zero, à medida que as reacções de oxidação-redução deixam de ocorrer (na nossa experiência, bastará retirar as placas, lixá-las e voltar a usá-las, embora isso tenha um limite, obviamente).

Se quiserem, podem também fazer a experiência com diferentes electrólitos, isto é, em vez de usarem os copos com água salgada, podem usar limões, ou laranjas, ou batatas, por exemplo. Neste caso, basta espetarem as placas, (tendo na mesma o cuidado destas não se tocarem).

“O teu pai era capaz de manter a carga dele por muito mais tempo quando éramos mais novos.”

P.S.: Desculpem os meus photoshop skills na segunda imagem.