Enzo Rocha Fotografia: Célula voltaica

Definição

Uma célula voltaica, freqüentemente conhecida como célula galvânica, fornece energia elétrica. A fonte dessa energia é uma reação química espontânea, mais especificamente uma reação redox espontânea.

Por exemplo, todas as baterias são feitas de uma ou mais células voltaicas.

As baterias ficam descarregadas quando a maioria ou todos os seus reagentes foram convertidos em produtos, transformando sua energia potencial química em energia elétrica.

O que é uma célula voltaica?

Uma célula voltaica é um dispositivo feito da conexão de dois metais diferentes e da imersão da peça combinada em algum tipo de fluido que cria uma atmosfera condutora.

O objetivo geral de uma célula voltaica é converter a reação química entre os metais e o fluido em uma carga elétrica.

Um dos exemplos mais comuns é simplesmente uma bateria, usada para fornecer energia elétrica a dispositivos não conectados a uma fonte de energia da rede central.

A maneira básica de uma célula voltaica funciona é utilizando a técnica galvânica. Uma célula voltaica galvânica consiste em dois metais, como cobre e zinco, colocados muito próximos um do outro.

Esta peça unificada é então coberta com água salgada, o que causa a reação eletroquímica. A chave por trás da reação vem do fato de o metal conter cátions, íons com mais prótons do que elétrons. Os cátions reagem com a água, que contém ânions, íons com mais elétrons que prótons.

É necessário manter os dois metais separados por uma pequena barreira. Isso ocorre porque um metal causa a redução da oxidação dentro do outro, enquanto o outro metal aumenta a oxidação.

A reação entre os cátions e os ânions cria uma troca de elétrons e, portanto, a criação de eletricidade.

Quando várias dessas células voltaicas galvânicas são colocadas em série, ela é chamada de pilha voltaica. Alternar os dois metais com algum tipo de barreira eletrolítica pode criar a reação eletroquímica.

Se as duas extremidades da pilha voltaica forem conectadas, será criada uma corrente elétrica, que poderá ser usada para alimentar outros dispositivos na forma de bateria.

Um dos efeitos colaterais da reação voltaica é a corrosão. Devido à contínua reação química, a troca de elétrons acaba por degradar os metais. É por isso que uma bateria acaba por acabar, em vez de durar para sempre.

O uso da célula voltaica parece remontar aos tempos antigos com a descoberta da bateria de Bagdá em 1936, uma série de células galvânicas colocadas em grandes frascos desde os primeiros séculos dC. No entanto, não foi até o trabalho de Luigi Galvani no final dos anos 1700 que a tecnologia da bateria foi modernizada. Galvani descobriu que, ao conectar cobre e zinco, ele era capaz de produzir espasmos nos músculos de um sapo.

Alessandro Volta pegou essa informação e a adaptou à pilha voltaica em 1800.

O que é energia fotovoltaica?

A energia fotovoltaica é produzida quando a luz solar é convertida em energia com o uso de células solares ou semicondutores.

Essas células semicondutoras são geralmente feitas de silício e não contêm materiais corrosivos ou peças móveis. Enquanto as células solares estiverem expostas à luz, elas produzirão energia fotovoltaica com um mínimo de manutenção. Essa energia também é ambientalmente limpa, silenciosa e segura.

O termo “fotovoltaico” tem duas partes: foto, uma palavra grega que significa luz, e voltaica, uma referência ao inovador em energia elétrica Alessandro Volta.

Em 1839, o físico francês Edmond Becquerel descobriu o efeito fotovoltaico, a produção de um volt através do uso de um semicondutor. Essa descoberta levou a novas experiências com fontes de luz e semicondutores, o que levou à invenção de células solares que produzem energia fotovoltaica.

As células solares individuais, também chamadas células fotovoltaicas, são fabricadas em diferentes formas e tamanhos. Às vezes, apenas uma célula é necessária para alimentar um dispositivo, mas na maioria das vezes muitas células são conectadas umas às outras para formar painéis ou módulos solares.

Esses módulos podem ser conectados para criar matrizes fotovoltaicas que podem ser usadas para alimentar pequenos edifícios ou grandes complexos. A saída resultante de energia fotovoltaica depende do tamanho da matriz.

O tamanho pode variar, dependendo da quantidade de luz solar disponível e da quantidade de energia necessária.

Embora a produção de energia de um sistema de energia fotovoltaica dependa da quantidade total de exposição à luz, ela ainda gera energia em dias nublados ou nublados. Para armazenar essa energia para transmissão posterior, uma variedade de sistemas de armazenamento está disponível para os consumidores. Os sistemas de armazenamento mais confiáveis usam uma combinação de baterias recarregáveis e capacitores de armazenamento de energia, alguns dos quais podem ser projetados para energia CA ou CC.

A quantidade de energia disponível em dias nublados e à noite em um sistema de energia fotovoltaica depende da produção de energia dos módulos fotovoltaicos e do arranjo da bateria.

A adição de módulos e baterias adicionais aumentará a energia disponível, mas também aumentará o custo do sistema. Para obter melhores resultados, uma análise completa das necessidades versus custo deve ser conduzida para criar um design de sistema que equilibre custo e necessidade com a conveniência do uso.

Sistemas bem projetados oferecem a oportunidade de expansão ou redução à medida que as necessidades de energia aumentam ou diminuem.

A energia fotovoltaica está emergindo como uma solução viável para problemas de energia em todo o mundo. Seus usos atuais incluem usinas de energia, transporte, fornecimento de eletricidade rural e estradas solares.

Embora ainda esteja muito longe de se tornar a principal fonte de energia do mundo, as pesquisas em andamento sobre energia fotovoltaica podem trazer a promessa de esperança para o futuro.

O que é uma célula eletrolítica?

Em uma célula eletrolítica, a energia elétrica é aplicada para causar uma reação química. Dois componentes metálicos chamados eletrodos geralmente são imersos em um fluido, como a água.

Cada célula normalmente possui um eletrodo chamado cátodo, que possui uma carga elétrica negativa, e um ânodo, que possui uma carga positiva. A reação química que ocorre em uma célula eletrolítica é chamada eletrólise, o que significa que uma substância está sendo decomposta. Se a água é a solução, ela se divide em hidrogênio e oxigênio, à medida que as partículas fluem do ânodo positivo para o cátodo negativo.

As instalações industriais e comerciais às vezes usam uma célula eletrolítica do oxigênio e do gás hidrogênio da água. A célula também pode ser usada para depositar um metal no outro durante a galvanoplastia.

Baterias recarregáveis, como hidreto de metal níquel ou baterias de chumbo-ácido, geralmente se comportam como células eletrolíticas.

As reservas de energia podem ser acumuladas nesses tipos de baterias pelo processo de conversão de energia elétrica em energia química.

As baterias são tipicamente células voltaicas que usam energia química e a convertem em eletricidade. Uma célula voltaica também é chamada de célula galvânica e geralmente usa o mesmo metal para cada eletrodo.

As células eletrolíticas, por outro lado, normalmente usam um metal para o eletrodo positivo e um metal diferente para o outro. Eles também precisam estar na mesma solução para que a reação ocorra.

As células galvânicas podem consistir em duas células separadas com um link chamado ponte de sal, que move partículas carregadas chamadas íons de um lado para outro.

Uma célula eletrolítica pode ser alimentada por uma bateria, com fios conectados a cada eletrodo para formar um circuito elétrico. Uma célula também pode ser conectada a outra, mas cada uma geralmente precisa de uma voltagem diferente para que algo substancial aconteça. A célula de eletrólise que tem uma voltagem mais alta normalmente é descarregada neste circuito. Uma célula voltaica é criada, enquanto a célula com tensão mais baixa pode receber uma carga. Isso é típico de uma célula eletrolítica.

A água é frequentemente decomposta em gases constituídos por seus componentes moleculares com uma célula eletrolítica. Outro composto usado é o cloreto de sódio, que pode ser decomposto em gás de cloro e em íons de sódio; estes geralmente combinam com elétrons liberados pelo cátodo. O metal de sódio é depositado no cátodo à medida que os íons e os eletrodos se unem.

As células eletrolíticas são frequentemente usadas para refinar metais e geralmente fazem parte da purificação de alumínio, chumbo, zinco e cobre.

O que é uma pilha voltaica?

Uma pilha voltaica é o primeiro tipo de bateria elétrica verdadeira capaz de uma saída sustentada de corrente elétrica. É nomeado pelo seu inventor, Alessandro Volta, que construiu o primeiro exemplo em 1800, e foi baseado em trabalhos anteriores de Luigi Galvani. Volta o desenvolveu, não para aprimorar ou validar o trabalho de Galvani, mas para provar que, embora as descobertas de Galvani tivessem mérito, ele interpretou incorretamente o significado delas. Volta procurou mostrar a verdadeira fonte dos resultados alcançados por seu colega e o mecanismo por trás deles.

Uma pilha voltaica consiste em discos alternados de zinco e outro metal, como cobre ou prata, separados por discos de papelão ou couro embebidos em salmoura.

Cada unidade de um disco de cobre e um disco de zinco com seu separador embebido em salmoura produzirá uma corrente elétrica fraca e, empilhando várias dessas unidades em série, mais corrente será produzida.

O colega de Volta, Luigi Galvani, mostrou que um circuito de dois eletrodos e a perna de um sapo poderia causar a ativação dos músculos da perna. Galvani erroneamente acreditava que o tecido era a fonte da ação.

Volta construiu a pilha voltaica parcialmente para mostrar que havia uma corrente elétrica presente e que a criação de um circuito usando eletrodos produzia a corrente. Obviamente, esse não foi o único ímpeto por trás de sua pesquisa e do desenvolvimento de sua invenção, pois ele também procurou um método para a produção de corrente elétrica constante.

A pilha de discos na pilha voltaica é mantida no lugar por barras de vidro, que não são condutoras. Ao conectar os fios conectados a uma das extremidades da pilha, é criado um circuito elétrico com um fluxo de corrente.

Isso ocorre devido ao fluxo de elétrons dos discos de zinco para os discos de cobre, facilitado pelo líquido retido pelas placas de papelão ou couro. A quantidade de corrente produzida por uma célula individual de dois discos de metal e um separador embebido em salmoura é aproximadamente equivalente a um volt e foi usada para definir a unidade de força eletromotriz denominada Volta.

Adicionar mais células a uma pilha voltaica aumenta a produção atual.

Essa importante invenção levou diretamente aos primeiros experimentos e ao nascimento do ramo da ciência, agora chamado eletroquímica.

Dois cientistas usaram uma pilha voltaica para separar a água em átomos de hidrogênio e oxigênio, passando uma corrente através dela, um processo que ficou conhecido como eletrólise. Outros cientistas construíram esse trabalho, expandindo esse novo campo e aprimorando a invenção de Volta, levando ao desenvolvimento da moderna bateria elétrica.

O que é a célula galvânica?

A célula galvânica, também conhecida como célula voltaica, faz parte de uma bateria composta por dois metais unidos por uma ponte de sal ou um disco poroso.

É um tipo especializado de célula eletroquímica que utiliza reações químicas para gerar força eletromotriz e corrente elétrica. A maioria das baterias inclui várias dessas células.

No final do século 18, o cientista italiano Luigi Galvani descobriu que ele podia contrair os músculos das pernas de um sapo morto, conectando dois metais diferentes e tocando a perna com eles ao mesmo tempo.

Galvani chamou sua descoberta de “eletricidade animal”, enquanto seus contemporâneos a chamaram de galvanismo. Hoje, o campo científico resultante da pesquisa de Galvani é conhecido como bioeletromagnetismo.

Uma célula galvânica é composta por duas meias-células, cada uma com um eletrodo de metal e uma solução de um sal do mesmo metal. O zinco e o cobre são comumente usados como os dois metais.

A solução contém um cátion, ou íon carregado positivamente, do metal, e um ânion, um íon carregado negativamente, para contrabalançar a carga do cátion. Uma reação redox, ou redução de oxidação, ocorre em cada meia célula, produzindo energia elétrica.

Em uma meia célula, o metal oxida, produzindo cátions como resultado; na outra célula, os cátions na solução ganham elétrons, perdem sua carga negativa e se tornam moléculas metálicas estáveis que se acumulam no eletrodo.

Se o circuito estiver conectado, com fios condutores de cada eletrodo e fazendo contato diretamente entre si ou através de algum material condutor, há um fluxo de elétrons da meia célula oxidante para a meia célula redutora.

A meia célula que libera cátions é conhecida como ânodo, e a que atrai cátions é chamada cátodo.

As duas meias células de uma célula galvânica devem ser mantidas separadas para preservar a composição das soluções salinas, para que sejam conectadas por uma ponte de sal ou uma placa porosa.

A ponte de sal serve não apenas para separar as soluções, mas também para permitir que o fluxo de ânions da célula redutora para a célula oxidante equilibre o fluxo de elétrons.

A voltagem da célula é a soma das voltagens de cada meia célula. Deve haver uma transferência igual de elétrons de uma meia célula para a outra para que a célula funcione. Produz corrente direta (CC), ou o fluxo de eletricidade em apenas uma direção, em oposição à corrente alternada (CA), na qual o fluxo se move nas duas direções.