EXPERIMENTO 7: Fágase a luz!

  “ Existe unha forza motriz máis poderosa que o vapor, a electricidade e a enerxía atómica: a vontade” (Albert Einstein)

 

Fundamento teórico:

O almacenamento enerxético é cada vez máis indispensable para case todas as actividades cotiás que realizamos e vai máis alá do seu uso nos dispositivos (teléfono móbil, reloxos, mandos a distancia,...). É por isto que este ámbito tecnolóxico é terreo fértil para: os avances científicos, as enerxías limpas, os novos mercados e os consumidores do futuro.

No ano 1800 Volta inventou a primeira batería ou xerador electroquímico, capaz de producir unha corrente eléctrica, que foi coñecida como pila voltaica. Esta pila recibe ese nome debido a que consiste en pares de discos de cobre e cinc amontoados, un encima doutro, separados por unha capa de tea ou de cartón impregnado en salmoira (electrólito).

Pila voltaica (Alessandro Volta)

Desde esta primitiva pila foron moitos os avances que permitiron crear os diferentes tipos de pilas e baterías que temos hoxe en día. Estas non son máis que dispositivos que transforman a enerxía química, a partir dunha reacción redox, en enerxía eléctrica.

Mentres que as baterías teñen a característica de poder recargarse periodicamente, coa maioría das pilas sucede todo o contrario: unha vez estas se esgotan deben desbotarse. 

Todos os compoñentes das pilas son tóxicos para a saúde e moi nocivos para o medio ambiente. Polo tanto, a reciclaxe das pilas é esencial e debemos depositalas nos lugares axeitados para a súa recollida. Unha soa pila de botón pode contaminar por si mesma a agua de toda unha piscina olímpica; así que: poñámonos as pilas polo medio ambiente!


 Vocabulario traballado: pila, ión, electrólito, corrente eléctrica, electroquímica, reacción redox, ánodo, cátodo, oxidación, redución, LED.

 1. Responde ás seguintes cuestións: a) Que son as pilas? Como funcionan?; b) Observa os materiais que tes na mesa. Cres que é posible fabricar unha pila con eses materiais e que conseguiremos acender o LED? Pensa como sería a montaxe experimental que debemos realizar e explícaa.

Hipóteses formuladas polo alumnado: 

a) A totalidade do alumnado sabe que as pilas son dispositivos que xeran enerxía eléctrica a partir de substancias químicas que teñen no seu interior; mais non saben explicar como funcionan.

b) Os materiais que teñen na mesa son os que se indican no apartado 3. A maioría cre que con estes é posible fabricar unha pila que consiga acender o LED; mais non acertan na maneira de facer as conexións entre limóns: a maioría di que hai que introducir un cravo nun limón, unha moeda no seguinte e o LED no último e, logo, conectar todo mediante os cables eléctricos.

2. Obxectivo: prender un LED utilizando unha batería fabricada a partir de limóns, cravos galvanizados e moedas de céntimo.

Materiais

  3. Materiais:

• Catro limóns (canto máis verdes mellor).

•  8 moedas de céntimo (conteñen cobre).

 

•  8 cravos galvanizados (conteñen cinc).

• 9 cables eléctricos con pinza de crocodilo nos dous extremos.

• Un LED vermello.

Multímetro

• Un coitelo.

• Un multímetro.

 4. Procedemento experimental:

1. Cortamos os catro limóns pola metade coa axuda do coitelo.

2. En cada metade, e pola parte non cortada do limón, facemos o seguinte: insertamos un cravo nun extremo e a menos dun centímetro deste, cara o centro do limón, facemos un pequeno corte co coitelo para introducir a moeda. O cravo e a moeda debemos colocalos o máis próximos que poidamos pero sen que se toquen. Tanto o cravo como a moeda deben quedar ben suxeitos no limón, pero teñen que sobresaír deste.

3. Colocamos as oito metades de limón en serie, ou en ringleira, e conectamos os cables eléctricos mediante as pinzas de crocodilo: cada cable ten que ir desde a moeda dun limón até o cravo do limón do lado. Quedarán sen conectar o cravo do primeiro limón e a moeda do último.

4. Conectamos o multímetro (20 V; corrente continua) para comprobar a voltaxe xerada pola pila das oito metades de limóns: a toma de terra (cable negro) conéctase ao cravo (eléctrodo -) e o cable vermello conéctase á moeda (eléctrodo +). Anotamos a voltaxe que marca o voltímetro.

5. Conectamos o LED: collemos un cable eléctrico e enganchamos un extremo ao cravo libre (eléctrodo - ou ánodo) e o outro ao cable curto do LED (cátodo -). Con outro cable eléctrico, unimos un dos extremos á moeda libre (eléctrodo + ou cátodo) e o outro ao cable longo do LED (ánodo +).

6. Unha vez cerrado o circuíto comprobamos se o LED acende.

5. Observacións e resultados:

•  A voltaxe xerada pola pila das oito metades de limón é de, aproximadamente, 7V.

• Ao cerrar o circuíto, o LED acende e se desconectamos algún dos cables apágase.

6. Conclusións:

• Cada unidade formada por unha metade de limón, unha moeda de cobre e un cravo galvanizado actúa coma unha pila; que xera enerxía eléctrica a partir dunha reacción redox espontánea.

•  As oito metades, conectadas en serie, producen a suficiente enerxía eléctrica para acender un LED vermello.

•  O funcionamento de cada pila natural de limón é moi similar ao dunha pila industrial:

Pila Daniell

- O zume de limón é o electrólito: permite a circulación dos electróns.

- O cravo de cinc é o eléctrodo negativo (ánodo): o cinc oxídase e libéranse electróns que circulan até o cátodo (moeda de cobre).

- A moeda de cobre é o eléctrodo positivo (cátodo): previamente unha pequena parte do cobre disólvese, debido ao ácido do limón, e libéranse ións divalentes de cobre. Cando chegan os electróns, procedentes do ánodo, estes ións redúcense.

Como resultado destes procesos prodúcese unha reacción electroquímica ou redox espontánea que fai fluír os electróns do ánodo ao cátodo e, como consecuencia, prodúcese unha corrente eléctrica procedente das oito metades de limón capaz de iluminar o LED.


Preme neste enlace para mirar un vídeo   explicativo sobre como funcionan as prometedoras pilas de combustible ou de hidróxeno; que usan xa algunhas marcas de vehículos como alternativa aos combustibles fósiles.