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.
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.
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.
|
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: |
Figura 221 |
e assim se
reconstitui o chumbo, o peróxido de chumbo, e o ácido sulfúrico
que haviam sido gastos durante a descarga.
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.
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%.
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.
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.
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.
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).
