Alexandre Volta O precursor da bateria elétrica. Pércio Augusto Mardini Farias

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1 Alexandre Volta O precursor da bateria elétrica Pércio Augusto Mardini Farias Este documento tem nível de compartilhamento de acordo com a licença 2.5 do Creative Commons.

2 A origem e os primeiros anos Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta nasceu em 1745 em Como, próximo de Milão, na Itália. Em 1774, ele iniciou sua primeira posição acadêmica como dirigente de uma escola de segundo grau o State Gymnasium em Como. Em 1777, tornou-se professor de física na Universidade de Pavia. Figura 1: Mapa da Itália mostrando Como e Pavia. Atuação na Universidade Na Universidade, ele se interessou pelas famosas experiências de Luigi Galvani com rãs. Ele observou que a participação de eletrodos metálicos nas experiências de Galvani com as rãs tinham importâncias fundamentais. De acordo com a interpretação de Volta, os movimentos dos músculos da perna na rã morta eram induzidos por fluxos de corrente entre os metais conectados na rã. Isto permitiu a Volta a primeira demonstração de produção de corrente elétrica devido a reações químicas em presença de eletrólitos. Então em 1799, Volta desenvolveu uma pilha vertical de discos de metais (zinco com cobre ou prata) separados por discos de papel molhados por soluções salinas. Este arranjo é conhecido como pilha de Volta e é a base de todas as baterias modernas. A corrente elétrica gerada por esta bateria primitiva proporcionou a Volta o desenvolvimento de outros projetos.. 1.

3 Luigi Galvani Luigi Galvani nasceu em 1737 e faleceu em 1798 em Bolonha, na Itália. Ele estudou letras, filosofia e medicina. Foi membro da Academia de Ciências do Instituto de Bolonha e professor de anatomia. Galvani acreditava que músculos e células nervosas em coxas de rãs eram capazes de produzir eletricidade (eletricidade animal). Tendo dissecado e preparado uma rã, coloquei-a sobre uma mesa onde se achava, a alguma distância, uma máquina eletrostática. Aconteceu por acaso, que um dos meus assistentes tocou a ponta de seu escalpelo no nervo interno da coxa da rã; imediatamente os músculos dos membros foram agitados por violentas convulsões, afirmou ele. Assim Galvani investigava a relação da eletricidade com a vida e que depois se conscientizou que esta eletricidade era originária de reações químicas na vida e fora da vida. Estas importantes investigações de Galvani proporcionaram a Alessandro Volta a construção da primeira bateria elétrica. Acredita-se que o personagem Frankenstein tenha surgido por inspiração dos experimentos de Galvani. Figura 2: Mapa da Itália mostrando Bolonha.. 2.

4 Invenções Linha do Tempo Alessandro Volta teve várias invenções na área da eletrostática. Para conhecer algumas delas veja abaixo: Eletróforo O eletróforo (elletroforo perpetuo) foi inventado por Volta em Ele é um gerador eletrostático muito simples. Ele consiste de duas placas - uma isolante, que é eletrizada por atrito, e em uma placa metálica, com bordas arredondadas, e de um cabo isolante. Se a placa metálica é encostada na placa isolante eletrizada e tocada, esta se carrega com carga oposta à da placa eletrizada, e a carga assim gerada pode ser retirada afastando-se a placa metálica, segurando-a pelo cabo. O afastamento provoca aumento de tensão, e uma faísca pode ser obtida da placa metálica. Antes de Volta existiram máquinas eletrostáticas mais primitivas. Figura 3: Eletrohorus, Ganot, Adolphe, , Traité élèmentaire de physique expérimentale et appliqué et de météorologie: suivi d`un recueil de 100 problèmes avec solutions: a l`usage de tablissements d`instruction, des aspirants aux grades des facultés et de candidats aux diverses écoles du gouvernement / par A. Ganot. Paris: chez l`auter-editeur, p Fonte: Cortesia do Departamento Fotográfico do Istituto de Storia della Scienza, Florença, Itália - Foto Eurofoto. Eletrômetro de palha O eletrômetro de palha é um instrumento envolvido por um recipiente de vidro para evitar correntes de ar. Ele consiste de duas palhas que ficam em contacto com um condutor preso na extremidade superior. Quando o condutor não está carregado a palha fica alinhada na vertical por causa da gravidade, mas quando a bola da extremidade do condutor é tocada por um corpo eletricamente carregado, parte da carga é difundida através do condutor. As palhas, carregadas identicamente, se repelem, formando um ângulo proporcional à carga. O eletrômetro se baseia nas propriedades fundamentais da eletrostática,. 3.

5 onde corpos com cargas elétricas de mesmo sinal se repelem, enquanto aqueles com cargas elétricas opostas se atraem. Figura 4: Eletrômetro de palha, invenção de Alessandro Volta, construção de desconhecido, datada do final do século, construído de vidro, latão e folha de estanho. Dimensões: altura mm, base 130x115 mm. Número de inventário Fonte: Cortesia do Istituto de Storia della Scienza, Florença, Itália - Foto de Franca Principe, IMSS, Florença. Lâmpada de hidrogênio A lâmpada de hidrogênio foi inventada por Volta em 1777 e ficou muito popular porque ela mostrava a formação de uma chama quando a lâmpada sofria ignição. O hidrogênio gasoso era formado pela reação do zinco metálico com o ácido sulfúrico. A lâmpada de hidrogênio funciona quando o hidrogênio, formado pela reação de zinco metálico com ácido sulfúrico, sofre ignição gerando uma chama.. 4.

6 Figura 5: Lâmpada de hidrogênio, invenção de Alessandro Volta, construção de desconhecido, datada c. 1790, construída de vidro e latão. Dimensões: altura mm, diâmetro do globo mm. Número de inventário Fonte: Cortesia do Istituto de Storia della Scienza, Florença, Itália - Foto de Franca Principe, IMSS, Florença. Pilha de Volta A pilha de Volta consiste de discos feitos dos metais zinco e cobre, dispostos empilhados, de alternada e separados por pedaços de tecido que tinham sido mergulhados anteriormente em uma solução de ácido sulfúrico. No momento que um fio condutor é conectado aos discos de zinco e cobre, das extremidades da pilha, há a geração de corrente elétrica. Foi inventada por Volta em

7 Figura 6: Foto digital de um protótipo da pilha de Volta, capturada em 01 de maio de O autor é GuidoB ( A imagem digital está disponível para uso público segundo as licenças Creative Commons 3.0 e 2.5, e GNU Free Documentation License 1.2; é encontrada em ( Pistola elétrica A pistola elétrica é um dispositivo baseado na propriedade de o metano ser inflamável. Este gás é conhecido como o ar inflamável dos pântanos. A pistola é um tubo cheio do gás que explode quando submetido a uma faísca elétrica oriunda de um dispositivo do tipo de um capacitor. Volta inventou a pistola em 1778 e a usou para estudar as relações estequiométricas entre os componentes das reações de combustão.. 6.

8 Figura 7: Pistola elétrica, invenção de Alessandro Volta, construção de desconhecido, datada c. 1780, construída de vidro e latão. Dimensões: comprimento total mm, diâmetro máximo - 45 mm, diâmetro da boca do tubo - 25 mm. Número de inventário 898. Fonte: Cortesia do Istituto de Storia della Scienza, Florença, Itália - Foto de Franca Principe, IMSS, Florença. Reconhecimento Em 1801, Volta foi para Paris para demonstrar ao Imperador Napoleão a geração de corrente elétrica com sua bateria. Sua apresentação, segundo o Imperador, foi um triunfo e, posteriormente, Volta recebeu o título de Conde. Ele ganhou vários prêmios e em 1815 o Imperador da Áustria o nomeou professor de Filosofia na Universidade de Pádua. Na linha do tempo da eletroquímica, em , Sir Humphry Davy utilizou a eletrólise para isolar vários elementos químicos, incluindo potássio, sódio, cálcio, estrôncio, bário e cloro, além da primeira descoberta de alumínio. Eletrólise e Células Eletrolíticas As pilhas voltaicas (em homenagem a Volta), que também são chamadas como células galvânicas (em homenagem a Galvani) são células eletroquímicas em que uma reação redox espontânea produz corrente elétrica. Uma segunda espécie importante de células eletroquímicas são as células eletrolíticas, em que a corrente elétrica é usada para direcionar uma reação não espontânea (eletrólise). Lembre-se que o inverso de uma reação espontânea não é espontânea.. 7.

9 A célula galvânica converte energia química para energia elétrica quando uma reação possui um valor positivo de E (variação de potencial) e um valor negativo de ΔG (variação da energia livre), e procede para atingir o equilíbrio. A célula eletrolítica converte energia elétrica para energia química quando uma corrente elétrica direciona uma reação como valor negativo de E (e valor positivo de ΔG) em uma direção para longe do equilíbrio. O processo de usar uma corrente elétrica para proporcionar uma transformação química (reação) é chamado de eletrólise. A quantidade de produto em uma reação eletrolítica é calculada pelos dados fornecidos pela semi-reação (usando os coeficientes da reação corretamente), pela corrente e pelo tempo que ela flui. A eletrólise é usada industrialmente para produzir alumínio e magnésio; para extrair metais de seus sais; para preparar cloro, flúor e hidróxido de sódio; para refinar cobre; e em eletrodeposição. Baterias A mais importante aplicação prática das células galvânicas é seu uso como baterias. Em baterias multicelulares, como as de automóveis, as células galvânicas individuais são ligadas em série, com o anodo da célula conectada ao catodo da célula adjacente. O catodo é o eletrodo onde ocorre a reação de redução e o anodo é o eletrodo onde ocorre a reação de oxidação. A voltagem (homenagem a Volta) proporcionada pela bateria é a soma das voltagens das células individuais. Cada célula proporciona aproximadamente dois volts, e uma bateria é constituída por seis células em série, proporcionando cerca de doze volts (homenagem a Volta). O projeto de cada bateria é dependente de sua aplicação. Em geral, o sucesso comercial de cada bateria é baseado na sua compactação, no seu peso leve; devem ser baratas e proporcionar uma fonte estável por longo período de tempo. O projeto das baterias é uma área ativa de pesquisa que requer considerável engenhosidade assim como o entendimento da eletroquímica. Os mais comuns tipos de baterias são as de chumbo-ácido, as secas (Leclanché), as de níquel-cádmio e as de lítio.. 8.