Se uma pilha conduz, como pode existir cargas nos seus terminais?

13 de fevereiro, 2013 às 10:29 | Postado em Eletricidade

Prof. Lang Tenho uma dúvida sobre pilhas que o sr. pode me ajudar. Procurei em diversos livros e na internet mas não consegui resolver. Nos terminais da pilha existe cargas positivas e negativas e o interior da pilha é um condutor e portanto tem elétrons livres. Como as cargas que estão nos terminais não se misturam então? Abraços Deco

Caro Deco,

Tua pergunta é excelente e tua dúvida muito apropriada!

Para acontecer uma corrente elétrica em condutores de qualquer natureza – no interior de uma fonte eletroquímica – pilha ou bateria – as cargas livres NÃO são elétrons mas são íons positivos e negativos – e não apenas em condutores metálicos (onde as cargas livres são elétrons) há necessidade haver um campo elétrico resultante não nulo.

No interior de uma fonte  as cargas sofrem uma força de natureza não eletrostática que dependendo do tipo da fonte é produzida por processos diversos. Esta força não eletrostática realiza um trabalho quando as cargas livres no interior da bateria – que não são elétrons como nos condutores metálicos mas íons positivos e negativos – entram em movimento deriva, trabalho este que está relacionado a fem (força eletromotriz). A fem é trabalho da força não eletrostática POR UNIDADE DE CARGA transportada dentro da fonte. A fem é expressa em joules por coulomb no SI e J/C é volt; portanto a fem tem a mesma unidade de medida da diferença de potencial elétrico (ddp) entre dois pontos mas é conceitualmente diferente de ddp. A ddp é o trabalho de uma força eletrostática (portanto conservativa) por unidade de carga e a fem é o trabalho de uma força não eletrostática (não conservativa) por unidade de carga. 

Em circuito aberto (isto é, com os terminais da fonte em aberto, nada conectado) há um pequeno acúmulo de cargas nos terminais (não apenas nos terminais mas em outras regiões da fonte) que produz um campo ELETROSTÁTICO em oposição ao outro campo não eletrostático (força não eletrostática por unidade de carga) de tal forma que a força resultante sobre uma carga livre no interior da fonte seja nula. Assim, mesmo existindo um condutor internamente à fonte (em pilhas e baterias o condutor é iônico, portanto as cargas livres são íons), não há corrente em circuito aberto pois a força resultante sobre uma carga livre dentro da fonte é nula.

Quando se liga um condutor aos terminais da fonte, diminuem os excedentes de carga nos terminais, enfraquecendo  o campo ELETROSTÁTICO e, consequentemente, resultando uma força não nula sobre as cargas livres no interior da fonte e, portanto, deflagrando uma corrente interna à fonte.

Finalmente, exceto pelos pequenos excedentes de carga nos terminais da fonte eletroquímica (pilhas, baterias) não encontramos outros excedentes de carga em uma fonte e, portanto, fontes NÃO ARMAZENAM cargas. Elas armazenam ENERGIA não eletrostática (nas pilhas que usamos no cotidiano é energia química). Sistemas que armazenam cargas, consequentemente energia eletrostática, são denominados de capacitores.

Vide também A Battery Doesn’t Store Charge, But How Does It Work?

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Abraços

“Docendo discimus.” Sêneca

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