Efisica

Acumuladores

 


Vimos, nas pilhas de Volta e de Daniell que, enquanto elas funcionam, o eletrodo de zinco vai se gastando, transformando-se em sulfato de zinco, e que é dessa reação química que provém a energia elétrica da pilha. Se quisermos restaurar as condições primitivas dessas pilhas, precisamos usar novo eletrodo de zinco. Mas, existem pilhas nas quais, para se restaurarem as condições iniciais, não é necessária a substituição de eletrodo, mas, basta passar por elas uma corrente elétrica em sentido oposto ao sentido da corrente que elas fornecem. São chamadas pilhas secundárias, ou acumuladores, sendo este último nome o mais conhecido.

Usam-se atualmente dois tipos de acumulador: o de chumbo e o de Edison.

 

Acumulador de chumbo

 

É o mais comum. São desse tipo os acumuladores que se usam nos automóveis.

Possui um eletrodo negativo de chumbo, e um positivo de peróxido de chumbo ( ), imersos em uma solução de ácido sulfúrico em água. O eletrodo de peróxido de chumbo é constituído por uma pasta desse óxido moldada em uma grade de chumbo, e preparada de maneira a se tornar muito esponjosa, para aumentar a área em contacto com a solução. O eletrodo negativo de chumbo é também esponjoso, pela mesma razão.

 

a. Descarga - Reações química na descarga

O sulfato de chumbo, sendo insolúvel, fica aderente ao chumbo. Essa reação química é a fonte de elétrons para o acumulador. São os elétrons que provém dessa reação que o chumbo cede ao condutor c que os transporta ao polo positivo. Essa é, portanto, a reação química que liberta carga elétrica, isto é, que transforma energia química em energia elétrica. Vemos que, enquanto o acumulador funciona, o eletrodo de chumbo vai sendo consumido, e transformado em sulfato de chumbo.

3o) O cátion se desloca para o peróxido de chumbo, e aí recebe elétrons, que chegam pelo condutor c e se transforma em átomo de hidrogênio. Este hidrogênio reduz o peróxido de chumbo, transformando-o em óxido de chumbo e formando água:

O óxido de chumbo imediatamente reage com o ácido sulfúrico, formando sulfato de chumbo e mais água:

Vemos que, como resultado final da chegada do íon de hidrogênio ao peróxido de chumbo, este se transforma em sulfato de chumbo, que por ser insolúvel, fica aderente à placa de peróxido de chumbo. Duas consequências importantes da descarga, e que não podem ser esquecidas, são: 1a) o ácido sulfúrico vai desaparecendo, e vai se formando água; então a concentração do ácido sulfúrico diminui; 2a) os dois eletrodos vão ficando cobertos por sulfato de chumbo.

 


b. Carga - Reações química na descarga

 

 

O sulfato de chumbo que cobre os eletrodos na descarga diminui muito a área desses eletrodos. A diferença de potencial entre eles vai diminuindo, e a resistência interna do acumulador vai aumentando, passando-se a obter uma corrente cada vez menor, até não se obter praticamente nenhuma. Dizemos que o acumulador está descarregado. Para fazê-lo voltar às condições iniciais não é necessário substituir os eletrodos, como nas pilhas; basta ligá-lo a um gerador de f.e.m. de uns 6 volts, ligando o polo positivo do gerador ao positivo do acumulador, e o negativo com o negativo (fig. 221). Passa então pelo acumulador uma corrente em sentido oposto ao da corrente que ele fornece. Essa operação é chamada carga do acumulador. A corrente que passa é chamada corrente de carga. Durante a carga se dá a a reação:

Acumulador de chumbo

Figura 221

e assim se reconstitui o chumbo, o peróxido de chumbo, e o ácido sulfúrico que haviam sido gastos durante a descarga.

 

 

c. Energias gastas e recuperadas

 

Quando carregamos o acumulador, fazendo passar a corrente elétrica, gastamos energia. Por sua vez, quando o acumulador fornece corrente, ele está fornecendo energia. Nas reações químicas que descrevemos acima, nos limitamos a assinalar como reagem quimicamente os corpos, mas, não levamos em conta as energias das reações. Considerando as energias, podemos resumir as reações químicas da carga e da descarga da seguinte maneira:

Carga:

Descarga:

Vemos, portanto, que o acumulador é um armazenador de energia. Pois, quando o carregamos, gastamos energia elétrica, e ele armazena essa energia sob a forma de energia química. Quando o descarregamos, ele converte a energia química em energia elétrica, e nos restitui essa energia.

Pelo fato de o acumulador fornecer corrente elétrica, muita gente pensa que ele seja um armazenador de carga elétrica. Essa é uma noção errada, pois o que ele armazena é energia química.

 

d. Rendimento

 

Durante a descarga, o acumulador não fornece toda a energia que ele recebeu durante a carga, mas pouco menos. Chama-se rendimento do acumulador à relação entre a energia que ele fornece na descarga pela energia que recebe na carga. Costuma-se exprimir em porcentagem, isto é:

%

O rendimento dos acumuladores é, em média, de 80%.

 

e. Capacidade

 

Este é o elemento mais importante do acumulador. Chama-se capacidade do acumulador à carga elétrica total que ele é capaz de fornecer até se descarregar. Isto é, é o produto da intensidade da corrente que fornece pelo tempo durante o qual deve fornecer essa corrente até se descarregar.

A capacidade é avaliada em ampères-hora. Os acumuladores de chumbo encontrados no comércio tem capacidade de 60 a 80 ampères-hora. A capacidade de 60 ampères-hora significa que o acumulador pode fornecer corrente de 10 ampères durante 6 horas, ou de 2 ampères durante 30 horas, etc.. Mas, nunca se deve exigir de um acumulador uma corrente demasiadamente alta durante muito tempo. Por exemplo, de um acumulador de capacidade 60 A-h não se deve exigir corrente de 60 ampères durante uma hora, pois tão alta corrente ele somente forneceria durante alguns minutos e logo se descarregaria.

 

f. Força eletromotriz

 

Quando carregado, a força eletromotriz de um acumulador de chumbo é de 2,1 volts. À medida que vai se descarregando, sua força eletromotriz vai baixando. Para aumentar a vida do acumulador, isto é, não estragar os eletrodos, nunca se deve deixar a f.e.m. cair abaixo de 1,8 volts. Quando ela atingir esse valor, deve-se imediatamente dar nova carga ao acumulador.

Os acumuladores encontrados no comércio são na verdade associação de três ou seis acumuladores em série, todos montados numa mesma caixa. Cada um dos acumuladores parciais é chamado um elemento. Assim, certos tipos de automóvel usam acumuladores de três elementos, que tem, em plena carga, a força eletromotriz de:

Esses são os que na prática, chamamos simplesmente acumuladores de 6 volts. Outros tipos de automóvel usam acumuladores de seis elementos, que tem, em plena carga, a força eletromotriz de:

A esses chamamos simplesmente acumuladores de 12 volts.

 

g. Teste

 

Para sabermos se um acumulador ainda está carregado, ou se já necessita nova carga, podemos usar dois processos: 1o) com um voltímetro medimos a f.e.m. de cada elemento, e verificamos se é maior que 1,8 volts; 2o) dissemos acima que, durante a descarga, a concentração do ácido sulfúrico vai diminuindo. Mas, quando a concentração de uma solução diminui, sua densidade também diminui. Medindo a densidade da solução de ácido sulfúrico podemos saber se ele já foi muito gasto ou não, e, portanto, se a carga ainda é boa. Existem densímetros especiais para provarmos essa densidade com graduação que já indica o estado do acumulador.

 

h. Utilização de acumulador e de pilha

 

As pilhas só devem ser usadas para fornecer correntes muito pequenas, da ordem de miliampères. Quando se necessitam correntes maiores, por exemplo, um ampère ou vários ampères, deve-se usar acumulador. Por exemplo, seria absurdo usarem-se, num automóvel, pilhas em vez de acumulador, pois somente “a partida” do carro consome até 100 ampères; seriam necessárias muitas pilhas, que logo se estragariam. Por outro lado, também seria absurdo usar-se acumulador num rádio portátil, pois esse rádio consome corrente de alguns miliampères, que pode ser fornecida comodamente por pilhas (além disso há a considerar o peso do acumulador).

 

 

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