fundamentos de física iii fundamentos de física iii - Departamento de ...

Quando em uma tempestade forma-se uma nuvem muito carregada, um campo
elétrico muito intenso é criado entre aquela e a superfície da Terra. Isto pode
provocar um raio, que é a passagem de grande quantidade de carga elétrica da
Terra para a nuvem ou da nuvem para a Terra.
interligadas, com desenvolvimentos tecnológicos posteriores que aumentam sua
eficiência e seu manuseio.
Este fluxo de cargas, denominado corrente corona, é muito intenso e tem uma
duração muito curta, cessando assim que a nuvem se descarrega, ou assim que
deixa de existir uma diferença de potencial entre a nuvem e a Terra.
Mas não é disso que precisamos se queremos, por exemplo, manter acesas as
luzes de uma residência por mais que alguns décimos de segundo.
Para isto é necessário que se possa criar e manter um campo elétrico, que
representa a força (eletro)motriz que provoca o movimento das cargas
elétricas.
Isto é, necessita-se de um dispositivo que possa gerar uma separação de
cargas positivas e negativas e que essa separação permaneça, mesmo
quando haja um fluxo contínuo de cargas passando pelo dispositivo.
Tal dispositivo constitui um gerador de corrente ou de força eletromotriz.
18.2 GERADORES DE CORRENTE E FORÇA ELETROMOTRIZ
A solução para o problema de criar um campo elétrico estável foi encontrada
por Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745-1827), que, em 1800,
inventou um dispositivo, hoje conhecido com o nome de célula voltaica, que é
capaz de produzir uma diferença de potencial pequena, porém estável
entre dois polos, ou eletrodos, o que permite manter cargas em movimento
por longos períodos de tempo. Os eletrodos são constituídos por dois metais
diferentes que são imersos em uma solução salina, o eletrólito, e espontaneamente
desenvolvem uma diferença de potencial devido à reação química envolvendo os
eletrodos e o eletrólito.
Cada célula apresenta uma diferença de potencial entre seus polos que
depende exclusivamente dos metais utilizados. As diversas pilhas e baterias
elétricas, às quais estamos tão acostumados, são conjuntos de células voltaicas
Figura 18.1: Representação esquemática de uma célula voltaica.
A figura 18.1 mostra esquematicamente o funcionamento de uma célula
voltaica em que os eletrodos são de cobre e de zinco. Nela, temos uma solução de
CuSO 4 e ZnSO 4 em água, onde são imersos os eletrodos. Inicialmente, alguns
átomos de cada eletrodo perdem dois elétrons e se integram à solução como íons
positivos. Com isto, os eletrodos se tornam negativos com relação ao eletrólito, que
inicialmente é uma “sopa” neutra e uniforme de moléculas de água e de íons H + ,
OH – 2
, SO – 4 , Cu 2+ e Zn 2+ .
A diferença na energia de ionização dos diferentes metais faz com que os
eletrodos fiquem com potenciais diferentes e haja uma redistribuição das cargas no
eletrólito. Neste caso o eletrodo de zinco fica em um potencial mais baixo e é
denominado polo negativo; o eletrodo de cobre, por sua vez, é denominado
polo positivo e seu potencial elétrico está 1,1 V acima do potencial do polo
negativo.
Os elétrons e íons negativos que se encontram próximos do polo negativo,
têm energia maior do que aqueles que se localizam próximos do polo positivo. Já os
íons positivos próximos do polo negativo tem energia menor do que aqueles que se
encontram em torno do polo positivo.
Quando ligamos os eletrodos externamente com um fio condutor,
elétrons do polo negativo fluem para o polo positivo. Ali, alguns íons de
cobre, Cu 2+ , que se encontram no eletrólito, recebem dois elétrons, cada
um deles, tornando-se neutros, e se depositam nesse eletrodo saindo da
solução. Enquanto isso, átomos de zinco deixam elétrons no polo negativo
e se integram ao eletrólito como íons Zn 2+ .
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