Experimentos de Física: 2. CORRENTE ELÉTRICA II

Corrente Elétrica 2

Objetivo

Ilustrar a produção de corrente elétrica por meio de reações químicas espontâneas. Estas reações químicas resultam na condução de íons livres através de um meio iônico. Isto pode ser chamado de produção de corrente por condução iônica e é a base de todas as pilhas conhecidas. A pilha que se mostra neste experimento é uma pilha comum. Neste experimento um limão fará o papel de meio iônico (ácido, neste caso) fazendo contato entre os eletrodos.

Contexto

Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas negativas/positivas em direção ao pólo positivo/negativo. Dentre vários meios de produção de corrente elétrica podemos citar alguns, como: produção por indução eletromagnética (usado em usinas hidroelétricas), produção por reações químicas (usado nas pilhas e baterias), produção por descarga de capacitores (como as descargas de um raio) entre outras.

Idéia do Experimento

O experimento consiste em usar um limão (ou uma batata, uma banana...) como fonte de energia . Esta bateria é constituída de dois eletrodos inseridos num limão, um de zinco (ou alumínio) e outro de cobre. O limão fará o papel de uma solução que geralmente é algum produto iônico, pois seu caráter iônico possibilita que íons livres se movimentem em seu interior. Neste caso particular, o meio será ácido, devido à grande concentração de ácido cítrico do limão. A este tipo de solução se dá o nome de solução condutora. A solução condutora é constituída de íons positivos e negativos. No caso do limão, dentre esses íons há uma grande concentração de íons H+.

Os eletrodos são dois pedaços de metais, que reagem quimicamente com a solução. Quando insere-se o eletrodo de cobre no limão, não há condições para uma reação química entre a placa de cobre e a solução. Quando insere-se o eletrodo de zinco (ou alumínio) no limão, os átomos de zinco da superfície têm uma forte tendência de se desligarem da placa e migrarem para o limão. Esta é uma propriedade do zinco.

Ao fechar-se o circuito elétrico, que é constituído da seguinte seqüência: (limão)-(placa de zinco)-(fio de conexão)-(multímetro)-(fio de conexão)-(placa de cobre)-(limão), os elétrons livres na placa de zinco (que é a carga negativa), se dirigem pelo fio até a placa de cobre (que é o pólo positivo, dado a diferença de potencial natural entre estes metais quando em contato). Então os átomos de zinco começam a migrar da placa para o suco do limão, perdendo dois elétrons cada um, que irão fazer parte da corrente elétrica. O resultado final é que os elétrons migram para o eletrodo de cobre e o zinco vai para a solução como íon Zn++.

Os átomos de cobre são neutros. Os elétrons migram para a placa de cobre a fim de reduzir os íons positivos na superfície do eletrodo, que na sua maioria são íons H+. A redução de 2 íons H+, dá origem a uma molécula H2 de gás hidrogênio.

A passagem de elétrons no sentido da placa de zinco para a placa de cobre é chamada corrente elétrica. A intensidade desta corrente elétrica vai depender exclusivamente da quantidade de íons do limão e da área superficial das placas. Quanto maior a área da placa de zinco dentro do limão, mais íons de zinco se formarão e e seus elétrons migrarão para o limão. Na placa de cobre, quanto maior a área de superfície, mais íons H+ poderão receber elétrons.

É importante que os elétrons cheguem aos íons H+, pois senão eles se concentram na placa de cobre. Isto criaria uma repulsão em relação aos elétrons que estão vindo da placa de zinco, cessando assim a corrente.

Tabela do Material

*Item*	*Observações*
Limão	O limão deve ser grande com bastante líquido interior e o mais ácido possível. Neste experimento foi usado o limão do tipo Taiti.
Plaqueta de cobre	O cobre pode ser encontrado em casa de material elétrico ou casa de materiais para construção. O mais indicado é usar uma placa retangular de cobre. Porém, o cobre pode ser encontrado em forma de cano ou de fio.
Plaqueta de Zinco (ou alumínio)	O zinco pode ser encontrado em casa de material elétrico. Neste experimento usamos um pedaço de calha (material usado pela construção civil para o escoamento da água da chuva do telhado para o chão). A calha é galvanizada, ou seja, é um metal recoberto por uma camada de zinco. Como a reação entre o zinco e o limão é superficial a calha é suficiente para a realização do experimento.
Fio de cobre para conexão	O fio é do tipo comum, desde que seja fino para facilitar a conexão com o relógio
Multímetro ou Relógio Digital	O relógio é do tipo digital. De preferência destes descartáveis, pois são mais baratos. Maaasss se não quiser, não precisa levar o relógio, pois eu (Luziane) vou trazer um multímetro para as apresentações.

Montagem

O fio deve ter suas pontas desencapadas ou raspadas para poder fazer as conexões.
Faça um furo em cada placa metálica e em cada uma conecte um pedaço de fio.
Corte o limão transversalmente ao seu comprimento a mais ou menos 1/4 do seu comprimento a partir de uma das extremidades. A medida de 1/4 é aproximada. Na realidade, o corte deve ser feito de tal modo que propicie a inserção da maior área superficial possível de eletrodos.
Espeta-se no limão as placas paralelamente, não deixando que elas se toquem.
Encoste ou conecte as pontas dos fios que saem das placas nos polos positivo e negativo do relógio digital (ou multímetro). Nesta parte da montagem é preciso testar a relação das polaridades, pois na maioria das vezes, os relógios não informam qual é o pólo positivo ou o negativo. De qualquer forma, pode-se inverter a ordem dos contatos, caso a primeira tentativa falhe. Por outro lado, sabe-se a polaridade das placas: da placa de zinco, saem os elétrons, então ela é o pólo negativo da pilha de limão e deve ser conectada no pólo positivo do relógio. A placa de cobre é o pólo positivo e deve ser conectado ao pólo negativo do relógio.

Comentários

Antes de tudo, queremos deixar claro que este é um experimento muito citado e pouco explicado. Porém, após a montagem final, cremos que chegamos a um conjunto satisfatório. Nestes comentários, encontram-se os resultados de nossas experiências.

É preciso respeitar a polaridade, para que o relógio reaja à corrente elétrica, ou seja se a polaridade estiver invertida, o relógio não acenderá seu mostrador.
Neste experimento não usamos uma lâmpada para verificar a passagem de corrente elétrica pois o limão não fornece uma corrente suficiente para isto. Então usamos o relógio, que em geral, funciona com pouca corrente elétrica (baixa potência). Além do relógio, caso se possua, pode ser usado um amperímetro para verificar a passagem de corrente elétrica.
o funcionamento do experimento está diretamente ligado à:

Tipo do limão.

quantidade de íons (acidez de seu suco);

Qualidade das placas utilizadas.

qualidade da camada de zinco e cobre das placas;
oxidação e sujeira são resistivos à passagem de elétrons;

Qualidade do relógio escolhido.

nem todos os relógios funcionam com a mesma corrente ou tensão. Caso o relógio escolhido necessitar de mais corrente ou tensão do que o limão está oferecendo, será preciso aumentar a capacidade da pilha de limão;
A intensidade da corrente elétrica está diretamente ligada à área das placas. Então, caso seja necessário aumentar a capacidade da pilha de limão, comece tentando aumentar as áreas (área inserida no limão) das placas. Essa foi a maior dificuldade que enfrentamos.
Se não for possível aumentar as áreas úteis das placas, pode-se optar por fazer uma associação de pilhas, ou seja conectar duas ou mais pilhas de limão em série. Para construir uma associação de duas pilhas de limão por exemplo, é preciso dois limões, duas placas de cobre, duas placas de zinco e três pedaços de fio elétrico. Proceda da seguinte maneira: espete uma placa de zinco e uma de cobre em cada um dos limões. Conecte com um pedaço de fio a placa de zinco de um limão com a placa de cobre do outro. Assim, um dos limões terá uma placa de zinco sobrando e o outro uma placa de cobre. Em cada uma destas placas, conecte um pedaço de fio. E por fim conecte as extremidades livres dos fios ao relógio.

Não é fácil fazer a conexão dos fios de cobre que saem das placas ao relógio, pois os contatos do relógio são extremamente pequenos. Neste aspecto, pode-se optar por pedir ajuda a um colega, para que ele fique encostando os fios manualmente nos contatos. Outra possibilidade é pedir ajuda a alguém para que solde um pedaço de fio a cada contato do relógio. Assim você ficará com um dispositivo fixo. Uma última sugestão é comprar agarras próprias, que serão conectadas nos fios, para agarrarem os pequenos contatos dos relógios. Esta agarra é conhecida como "jacaré", e é encontrada em lojas de material elétrico ou autoelétricos.