Características de uma pilha

Objetivo

Esta atividade laboratorial tem como objetivo determinar as características de uma pilha, nomeadamente, a sua força eletromotriz e resistência interna.

Introdução teórica

Em situações reais, como a que vais criar em laboratório, a energia fornecida por um gerador não corresponde à energia útil, passível de ser utilizada, pelo circuito.

$E_{fornecida}\neq E_{útil}$

A energia fornecida dá, assim, origem a uma parte de energia útil ao circuito e outra porção que é dissipada para o exterior:

$E_{fornecida}=E_{útil}+E_{dissipada}$

Resistência interna

Tal como todos os componentes do circuito e fios elétricos efetuam resistência à passagem da corrente, também o gerador o faz. Esta resistência, pertencente ao gerador, tem o nome de resistência interna, representando-se por $r_i$ .

Força eletromotriz

Exatamente pela existência de uma resistência interna ao gerador, quando se fecha o circuito e se vai aumentando a corrente elétrica, a diferença de potencial nos terminais do gerador diminui gradualmente.

À diferença de potencial máxima (quando o circuito está aberto) dá-se o nome de força eletromotriz.

$\epsilon =U_{máx}$

Balanço energético de um gerador

Conhecidas as grandezas anteriores, consegues determinar o balanço energético do gerador, partindo da expressão:

$E_{fornecida}=E_{útil}+E_{dissipada}$

Sabes que qualquer energia pode ser dada por:

$E=U\times I\times \Delta t=R\times I^2$

Assim sendo, a energia fornecida, energia máxima produzida pelo gerador pode ser substituída por:

$E_{fornecida}=\epsilon \times I\times \Delta t$

Também a energia dissipada pode ser calculada:

$E_{dissipada}=r_i\times I^2\times \Delta t$

Assim, a expressão inicial pode ser simplificada:

$E_{fornecida}=E_{útil}+E_{dissipada}\Leftrightarrow\\\Leftrightarrow\epsilon \times I\times \Delta t=U\times I\times \Delta t + r_i\times I^2\times\Delta t\Leftrightarrow\\\Leftrightarrow\epsilon=U+r_iI$

Rearranjando, chegas à curva característica do gerador:

$U=\epsilon-r_iI$

Material

Pilha;
Amperímetro;
Voltímetro;
Reóstato;
Fios de ligação e crocodilos;
Interruptor

Procedimento

1.	Monta o circuito de acordo com a figura:
2.	Mede a força eletromotriz da pilha, através do voltímetro.
3.	Faz variar a resistência no reóstato, medindo a diferença de potencial e a corrente elétrica no circuito.
4.	Faz uma tabela com os resultados obtidos, registando também a incerteza de leitura de cada aparelho.

Tratamento de resultados

Com base nos valores medidos para a diferença de potencial, deverás traçar um gráfico de $U=f(I)$ .

Graficamente, pode ser representado por:

Física e Química A; Atividades laboratoriais; 10º Ano; Características de uma pilha

A ordenada na origem é o valor da força eletromotriz e o declive da reta é o simétrico da resistência interna. Logo, a partir da reta de ajuste aos pontos experimentais, irás chegar ao objetivo da atividade.

Nota: Com base no valor medido para a força eletromotriz da pilha e com o valor téorico (indicado na pilha), conseguirás perceber se a mesma é nova ou não!