Capítulo 2: Campo, Potencial, Força e Energia
Carlos Alberto dos Santos, Eliabe Maxsuel de Aquino, Geovani Ferreira Barbosa
Universidade Federal Rural do Semi-Árido
Mestrado Nacional Profissional em Ensino de Física
Força eletromotriz e pilha voltaica
Tudo o que foi visto acima é fruto da eletrostática: cargas de sinais contrários se atraem, e cargas de sinais iguais se repelem. No capacitor, isolado, as cargas não se atraem porque há um meio dielétrico entre elas. Basta colocar um fio entre as placas do capacitor, para as cargas negativas se moverem na direção da placa positiva. Agora, uma situação bastante diferente ocorre no caso das pilhas, cujo funcionamento foi descoberto por Alessandro Volta no final do século 18. Em todas essas pi- lhas, reações químicas no seu interior provocam a separação de cargas. Num dos polos se concentram cargas negativas, e no outro polo se concentram cargas positivas. Uma situação muito parecida com essas do capacitor carregado. Todavia, no caso das pilhas há uma substância no seu interior que continua produzindo a separação de cargas. Quando essa substância for totalmente consumida, a pilha deixará de funcionar. Neste caso, as cargas não obedecem ao princípio da eletrostática. Elas continuam separadas, mesmo que sua união seja possível. Volta denominou força eletromotriz a ação que faz as cargas ficarem separadas. Portanto, o potencial que resulta dessa situação não é um potencial eletrostático como o que vimos até agora, é uma espécie de potencial químico, algo que converte energia química em energia elétrica.
A pilha voltaica exibida na figura 2.4 funciona assim. O ácido sulfúrico, H2SO4, retira íons de zinco do anodo (eletrodo negativo), que ficam na solução, deixando dois elétrons no eletrodo. Esses elétrons se deslocam pelo fio condutor externo, até que um elétron nas proximidades do eletrodo de cobre é absorvido por este. Esse elétron no cobre vai atrair íons de hidrogênio presentes na solução eletrolítica. Esse processo se repete até que todo o eletrólito seja consumido.
Então, em um circuito elétrico temos potenciais vindos da eletrostática e potenciais vindo de reações eletroquímicas. Mas, daqui em diante vamos nos fixar apenas nos potenciais eletrostáticos. Quando trabalhamos com a eletrodinâmica, para a qual necessitamos de uma bateria, podemos simplesmente considerá-la como uma caixa preta, que fornece uma voltagem fixa. No caso das pilhas comerciais, usualmente essa voltagem é de 1,5 volt. Na prática, para es- tudar fenômenos eletrodinâmicos não há necessidade de saber como a bateria fornece energia para produzir o movimento de elétrons nos circuitos.