DDP nominal, FEM e DDP real de pilhas e baterias

5 de agosto, 2023 às 18:48 | Postado em Corrente contínua e alternada, Eletricidade

Olá professor Lang, um colega de profissão me fez recentemente a seguinte pergunta “quando se diz ter uma pilha de 1,5V ou 9V, isso quer dizer que essas pilhas possuem um FEM de 1,5V ou 9V, certo?”. A dúvida surgiu a partir da leitura de dois livros didáticos (ramalho e bonjourno) que apresentam visões diferentes sobre o assunto, o ramalho apresenta que a leitura da pilha é a FEM enquanto o bonjourno diz que é a DDP. Em discussão com o colega, após pesquisar e medir encontrei sites que afirmam que a voltagem lida na pilha é a voltagem nominal (Bateria de 1,5 volts: o guia definitivo) e outros que, por exemplo, afirmam que “pilhas de 9V” apenas se referem ao tamanho da pilha sendo que sua ddp pode variar entre 8,4V e 9,6V (dependendo do material do qual a pilha é feita) e que apenas pilhas alcalinas teriam a ddp e voltagem nominal coincidentes (Baterias de 9V). Meu colega montou duas pilhas alcalinas de 1,5V em série e mediu com o multímetro registrando 3V, já em um circuito com um LED (diodo semicondutor) o mesmo sistema registrava 2,5V para as pilhas e após 7 minutos estava marcando 2,3V. Enfim, ficou a dúvida a qual gostaríamos esclarecer: a especificação da pilha feita pelo fabricante é a FEM, DDP real ou nominal? Há incongruência entre os livros didáticos ou é uma questão interpretativa e ambos estão corretos (com a hipótese de que DDP e FEM possuem o mesmo valor em pilhas isoladas de circuitos)?

O valor especificado pelo fabricante é o valor aproximado da força-eletromotriz (é a FEM nominal) da pilha.

Passível de medida com um voltímetro é a diferença de potencial elétrico (DDP) entre os dois terminais da fonte. Entretanto quando a intensidade da corrente elétrica é desprezível a DDP entre os terminais da fonte é (quase) igual ao valor da FEM da fonte embora essas duas grandezas sejam conceitualmente diversas. Corrente elétrica desprezível significa que o seu valor é muito menor do que a corrente de curto circuito, em outras palavras, que o seu valor é muito menor do que a corrente que se obteria quando os dois terminais são ligados por um condutor com resistência muito menor do que a resistência interna da fonte.

A tabela 1 (retirada de Associação de pilhas … ) exemplifica para algumas pilhas sua corrente de curto circuito e resistência interna.

Como as resistências internas às pilhas são inferiores a um ohm, quando somente um voltímetro é conectado aos seus terminais (a resistência elétrica de voltímetros digitais é da ordem de mega ohms), a medida obtida informa um valor praticamente idêntico ao da FEM da pilha pois a resistência elétrica do voltímetro é muitíssimo maior do que a resistência interna da pilha.

A DDP real entre os terminais de uma fonte depende do que nela esteja ligado. Quanto maior é a intensidade da corrente  demandada de uma fonte, menor é a DDP real entre seus terminais conforme discutido em Ddp de uma pilha não é constante?  A FEM não é constante durante a vida útil das pilhas, variando também durante o processo de carga da pilhas recarregáveis como está demonstrado em Ddp e carga de bateria.

A tabela 2 apresenta medidas da FEM de pilhas novas e usadas de diversas marcas.

Conforme se verifica na matéria Bateria de 1,5 volts: o guia definitivo a composição química pilhas ou baterias de 1,5 volts varia de acordo com o tipo e o fabricante. Então todas essas pilhas, com FEM nominal de 1,5 volts de fato possuem FEM real com valores dependentes da sua composição química e do tempo de uso conforme igualmente a tabela 2 exemplifica.

Finalizando, o valor de tensão especificada pelo fabricante deve ser interpretado como a FEM nominal (valor aproximado da FEM) da pilha ou bateria. Da mesma forma também pode ser entendido como o valor nominal da DDP em circuito aberto (sem corrente) entre os terminais do dispositivo mas nunca como o valor efetivo ou real da DDP quando há uma corrente  na pilha ou bateria.

Para entender que FEM e DDP são grandezas diferentes, embora com a mesma unidade de medida, consulte Força eletromotriz NÃO é diferença de potencial elétrico!

“Docendo discimus.” (Sêneca)