Objetivo
Estudar o funcionamento das células voltáicas e associações em série. Uma batata cortada pela metade, duas plaquinhas de cobre e duas plaquinhas de zinco, permitem a confecção de uma batateria capaz de acionar um relógio digital por, pelo menos, dois meses. Com certos 'cuidados', os quais comentaremos, esse tempo de uso pode ser estendido para cerca de quatro meses.
Apresentação
Os modernos relógios digitais a cristal de quartzo requerem uma baixíssima intensidade de corrente elétrica para seu funcionamento. Se você tiver um bom microamperômetro poderá constatar que ela será algo como 1,5 x 10-6 A sob tensão elétrica (d.d.p.) de 1,35 V. É devido a isso que tais relógios podem funcionar com as minúsculas baterias 'botões' que geram uma f.e.m. entre 1,2 a 1,4 volts, notadamente as baterias com células de mercúrio.
Os experimentos a seguir aproveitam-se dessa propriedade inerente aos circuitos eletrônicos --- funcionarem com baixíssimas intensidades de corrente elétrica.
O que faremos, essencialmente, será construir 'baterias' a partir de duas 'células voltáicas' que produzirão, cada uma, 0,6 a 0,7 V. Dois eletrodos distintos (plaquinhas de cobre e zinco) serão introduzidos em meias-batata (ou quiabo, ou limão, ou abacaxi, etc.) e associados em série de modo a constituírem uma bateria [associação de duas pilhas primárias (células voltaicas)].
Fazendo uma pilha primária
Corte uma batata pela metade. Corte duas chapinhas, uma de cobre outra de zinco, com cerca de (2 x 4) cm. Qualquer espessura das chapinhas entre 1 e 2 mm servirá; essas chapinhas serão os eletrodos da pilha primária.
Solde em cada uma dessas plaquinhas um fio de cobre flexível (cabinho 22) com cerca de 20 cm de comprimento (descasque as extremidades e estanhe-as --- passe solda!). Espete as plaquinhas na meia-batata (bem perpendicular à superfície cortada) deixando para fora apenas cerca de 1 cm e separada por cerca de 0,8 cm. Não deixe as plaquinhas se encontrarem dentro da meia-batata! Veja a ilustração:
Fazendo a 'batateria'
Essa pilha de meia-batata apresentará força eletromotriz (f.e.m.) de cerca de 0,7 V, o que pode ser constatado mediante um bom voltômetro (resistência interna grande) conectado aos dois fios indicados acima. Como iremos necessitar de cerca de 1,4 V para acionar o relógio digital deveremos construir uma bateria a partir de duas dessas pilhas primárias e associando-as 'em série', como se ilustra:
Preparando o relógio
Qualquer relógio digital que utilize uma bateria botão poderá ser usado. O que utilizei é um "CITIZEN - CRYSTON LC". A primeira coisa a fazer é remover a tampinha em forma de disco do alojamento da bateria botão. Retire a bateria 'pifada'. Olhe bem para essa bateria e repare que o "corpo" dela corresponde ao pólo positivo enquanto que o "botão superior" corresponde ao pólo negativo. Veja dentro do local de alojamento dessa bateria as duas lâminas de contato, uma que encosta no pólo positivo da bateria e outra que encosta no pólo negativo. Solde nessa pequenas lâminas dois pedaços de cabinho 22, um vermelho ligado na 'lâmina positiva' e um preto ligado na 'lâmina negativa'.
O fio que vem da plaquinha de cobre da 'batateria' deve ser ligado ao fio vermelho do relógio e o fio que vem da plaquinha de zinco da 'batateria' deve ser ligado ao fio preto do relógio.
Pronto! O relógio já deve estar funcionando. Eis as ilustrações de minha montagem:
À esquerda a proteção de madeira para a montagem; numa divisão foi feito o orifício para inserir o relógio, na outra foi colocado um pires 'quadrado' para conter as meias-batatas. À direita um destaque da montagem. Abaixo, detalhes da parte posterior da montagem.
Análise do circuito
A tensão elétrica útil (U) entre os terminais de cada pilha primária, pode ser expressa em termos de sua f.e.m. (E), de sua resistência interna (r) e da corrente de intensidade i que por ela circula, assim : U = E - r.i , mostrando, claramente, que a tensão útil depende da intensidade da corrente elétrica solicitada (i).
Em circuito aberto, um bom voltômetro (Rv,int-->¥) conectado aos eletrodos fornece Uaberto= E, pois iaberto = 0. Um bom amperômetro (Ra,int-->0) conectado diretamente entre os eletrodos (curto-circuitando a pilha), fornece Icc = E/r, uma vez que Ucc = 0. Da leitura da f.e.m. E (via voltômetro) e da corrente de curto circuito icc (via amperômetro) obtemos: r = E/icc . Para nossa montagem esse valor resultou ao redor dos 3 000 ohms e E = 0,7 V.
Para as duas pilhas em série, formando nossa batateria teremos Ebat. = 1,4 V e rbat. = 6 000 W.
Sob d.d.p. útil de 1,2 V, teremos i = (Ebat.- U)/r = (1,4 - 1,2)/6000 = 3 x 10-5 A, que são suficientes para o funcionamento do relógio digital.
Como dissemos, como eletrólito podemos usar limão, abacaxi, pepino, uvas, cebolas etc. e, como eletrodos podemos usar os pares cobre/zinco, magnésio/ferro, alumínio/cobre, prego zincado/cobre etc. Para cada par deve-se testar, antes de ligar no relógio, qual a polaridade obtida (sob risco que 'queimar' o cristal de quartzo) para a bateria. Por exemplo, se for usado eletrodos de magnésio e de ferro, o magnésio será o terminal negativo e o ferro o terminal positivo. Calculadoras e jogos eletrônicos também funcionam com tais baterias 'culinárias'. Eis abaixo uma 'tomateria'; uma bateria de tomates!
Mais teoria
As reações nas células voltáicas são:
catodo: Zn <==> Zn2 + 2e
anodo: 2H+ + 2e <==> H2
A F.E.M. da reação vem expressa por: E(Zn,Zn2,2H+,H2) = Eo + (RT/nF).ln([Zn2+]/[H+]2). O eletrodo de cobre opera apenas como coletor de elétrons, podendo ser substituído por platina ou outro metal inerte.
Ao utilizar este artigo, cite a fonte usando este link:
Fonte: Feria de Ciências-http://http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_21.asp
by:Wander Machado
terça-feira, 30 de março de 2010
Lua Cheia influencia desempenho de refletores na superfície lunar
A Lua Cheia sempre foi alvo das mais variadas superstições. Responsável direta pelo surgimento de lobisomens e outros misticismos, a Lua Cheia parece influenciar também nos instrumentos científicos e segundo os pesquisadores é a principal fonte de degradação dos refletores lasers instalados na superfície lunar.
Clique para ampliar
Durante a segunda metade do século 20, cinco refletores foram colocados na face visível da Lua com o objetivo de rebater pulsos de luz laser disparados a partir de observatórios da Terra. Três desses instrumentos foram instalados pelos astronautas das missões Apollo 11, 14 e 15 e outros dois pelas naves automáticas Lunokhod 1 e 2, da antiga União Soviética.
Desde que foram instalados pela primeira vez em 1969 até os dias de hoje, inúmeros experimentos foram realizados pelos astrônomos, especialmente aqueles projetados para medir a distância da Terra até nosso satélite. De cada 100 quatrilhões de fótons emitidos em cada pulso de laser, apenas um retorna à Terra e mesmo assim somente se não houver nuvens ou partículas em seu caminho. Através desses experimentos os cientistas puderam confirmar que a Lua se afasta da Terra cerca de 38 milímetros por ano.
Entretanto, durante décadas de operação a performance dos refletores foi caindo, principalmente nos períodos de Lua Cheia.
Inicialmente, os refletores soviéticos eram até 25% mais fortes que os do Projeto Apollo, mas hoje estão bem mais fracos e o Lunokhod 1 já não reflete totalmente. No entanto, o maior mistério era entender o porquê dos refletores diminuírem a performance em quase 10 vezes durante a Lua Cheia.
Culpado
Antes de atribuir o fenômeno às forças sobrenaturais, duendes ou elfos, um grupo de pesquisadores liderados pelo cientista Tom Murphy, da Universidade da Califórnia começou a estudar o fenômeno e concluiu que o maior responsável pela degradação observada na refletividade dos instrumentos é a areia da superfície da Lua, que aquece ligeiramente durante os períodos da Lua Cheia.
A pista para resolver o enigma surgiu durante observações feitas em um eclipse lunar total, quando a equipe de Murphy constatou que durante os 15 minutos do evento a eficiência dos refletores voltava aos níveis normais, mas caia fortemente após o eclipse.
De acordo com Murphy, a poeira aquecida nos refletores causa efeitos térmicos indesejáveis, que distorcem a geometria dos espelhos. Segundo o estudo, publicado no jornal científico Icarus, uma diferença de apenas quatro graus na temperatura do instrumento é suficiente para reduzir a refletividade por um fator de dez.
Além dos efeitos térmicos, Murphy e seus colaboradores também identificaram danos nos suportes de teflon causados por micrometeoritos, que podem ter depositado partículas de areia na parte traseira dos instrumentos.
Problemas
Os pesquisadores dizem que o efeito da Lua Cheia, como é chamado o fenômeno, é de vital importância para as futuras missões à Lua.
"As evidências da substancial perda no desempenho nos refletores devido à Lua Cheia mostram que é preciso levar em conta esse fator ao se projetar novos instrumentos para uso prolongado. Será necessária atenção especial em uma grande variedade de hardware espacial, principalmente os refletores lasers de última geração, telescópios e dispositivos óticos de comunicação que serão operados na Lua", disse Murphy.
Fotos: No topo, retrorefletor laser instalado por astronautas da missão Apollo 11, em julho de 1969. Acima, veículo robótico soviético Lunokhod 1. A pequena estrutura do lado esquerdo é o retrorefletor. Crédito: Nasa.
Direitos Reservados
Ao utilizar este artigo, cite a fonte usando este link:
Fonte: Apolo11 - http://www.apolo11.com/spacenews.php?posic=dat_20100329-103331.inc
by:Wander Machado
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Durante a segunda metade do século 20, cinco refletores foram colocados na face visível da Lua com o objetivo de rebater pulsos de luz laser disparados a partir de observatórios da Terra. Três desses instrumentos foram instalados pelos astronautas das missões Apollo 11, 14 e 15 e outros dois pelas naves automáticas Lunokhod 1 e 2, da antiga União Soviética.
Desde que foram instalados pela primeira vez em 1969 até os dias de hoje, inúmeros experimentos foram realizados pelos astrônomos, especialmente aqueles projetados para medir a distância da Terra até nosso satélite. De cada 100 quatrilhões de fótons emitidos em cada pulso de laser, apenas um retorna à Terra e mesmo assim somente se não houver nuvens ou partículas em seu caminho. Através desses experimentos os cientistas puderam confirmar que a Lua se afasta da Terra cerca de 38 milímetros por ano.
Entretanto, durante décadas de operação a performance dos refletores foi caindo, principalmente nos períodos de Lua Cheia.
Inicialmente, os refletores soviéticos eram até 25% mais fortes que os do Projeto Apollo, mas hoje estão bem mais fracos e o Lunokhod 1 já não reflete totalmente. No entanto, o maior mistério era entender o porquê dos refletores diminuírem a performance em quase 10 vezes durante a Lua Cheia.
Culpado
Antes de atribuir o fenômeno às forças sobrenaturais, duendes ou elfos, um grupo de pesquisadores liderados pelo cientista Tom Murphy, da Universidade da Califórnia começou a estudar o fenômeno e concluiu que o maior responsável pela degradação observada na refletividade dos instrumentos é a areia da superfície da Lua, que aquece ligeiramente durante os períodos da Lua Cheia.
A pista para resolver o enigma surgiu durante observações feitas em um eclipse lunar total, quando a equipe de Murphy constatou que durante os 15 minutos do evento a eficiência dos refletores voltava aos níveis normais, mas caia fortemente após o eclipse.
De acordo com Murphy, a poeira aquecida nos refletores causa efeitos térmicos indesejáveis, que distorcem a geometria dos espelhos. Segundo o estudo, publicado no jornal científico Icarus, uma diferença de apenas quatro graus na temperatura do instrumento é suficiente para reduzir a refletividade por um fator de dez.
Além dos efeitos térmicos, Murphy e seus colaboradores também identificaram danos nos suportes de teflon causados por micrometeoritos, que podem ter depositado partículas de areia na parte traseira dos instrumentos.
Problemas
Os pesquisadores dizem que o efeito da Lua Cheia, como é chamado o fenômeno, é de vital importância para as futuras missões à Lua.
"As evidências da substancial perda no desempenho nos refletores devido à Lua Cheia mostram que é preciso levar em conta esse fator ao se projetar novos instrumentos para uso prolongado. Será necessária atenção especial em uma grande variedade de hardware espacial, principalmente os refletores lasers de última geração, telescópios e dispositivos óticos de comunicação que serão operados na Lua", disse Murphy.
Fotos: No topo, retrorefletor laser instalado por astronautas da missão Apollo 11, em julho de 1969. Acima, veículo robótico soviético Lunokhod 1. A pequena estrutura do lado esquerdo é o retrorefletor. Crédito: Nasa.
Direitos Reservados
Ao utilizar este artigo, cite a fonte usando este link:
Fonte: Apolo11 - http://www.apolo11.com/spacenews.php?posic=dat_20100329-103331.inc
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