Volta,
do electróforo perpétuo à pilha
Lidia Falomo e Fabio Bevilacqua
Tradução: Sílvia Duarte
Na primeira metade do século XVIII, os fenómenos maravilhosos e excitantes,
conquistam toda a Europa. Multiplicam-se as experiências e “electriza-se” tudo,
dos objectos de utilização corrente ao corpo humano, das mesas de banquete às
jovens damas, que dão beijos eléctricos e picantes, e até às crianças que jogam a
mão a objectos leves e que, por vezes, estão de tal forma electrizados que o seu
corpo fica aureolado de luz – como vemos os santos pintados da sua Glória.
Pessoas da bricolage, amadores e mesmo certos físicos “electrizantes” começam
a frequentar os salões ou saem para a rua para praticar actividades de
vulgarização e de divertimento. “Vulgarizar divertindo” é mesmo considerado como
um dever para os cientistas.
Melhoram-se incessantemente máquinas susceptíveis de produzir, depois de
esfregar com os instrumentos apropriados, electricidade estática – aquela que,
nos dias ventosos e secos, produz uma descarga quando tocamos no nosso carro,
ou que podemos produzir, por exemplo, esfregando com um bocado de lã um
objecto de vidro. Paralelamente, começamos a formular as primeiras teorias que
explicam os fenómenos observados.
É então que acontece um facto verdadeiramente prodigioso, que ficará conhecido
para a posterioridade como a «experiência de Leyde», a partir do nome da cidade
dos Países Baixos onde teve lugar. Em 1745, Ewald Jürgen von Kleist,
eclesiástico e cientista amador alemão electriza um fio metálico colocado no
interior de um recipiente que continha álcool e um pouco de mercúrio, segurandoo
na mão: quando com a outra mão, toca no fio, recebe um terrível abanão. Algum
tempo depois, a advogado Andreas Cuneus, conhecido de Petrus Van
Musschenbroek, professor de matemática e de física em Leyde (de quem
falaremos), que tentava electrizar água por intermédio de um fio metálico, em
contacto com uma máquina electrostática, é vítima da mesma desventura.
Segurando a garrafa na mão, de acordo com a regra em vigor que preconizava
posá-la num suporte isolador, tinha tocado com a outra mão no fio em parte
mergulhado na água.
A garrafa da experiência de Leyde, mais precisamente o sistema formado pela
mão que segura a garrava, o copo e a água, constituiu assim o primeiro
condensador da história da electricidade, isto é, o primeiro dispositivo capaz de
acumular e guardar, por um tempo limitado, electricidade – a qual, escapando-se
bruscamente, produz descargas muito violentas. Foi percebido, rapidamente, que
a água ou os outros líquidos e a mão desempenhavam apenas o papel de
condutores e podiam assim ser substituídas por outros condutores, por exemplo,
por um revestimento metálico que aderisse às paredes do copo. Começou-se
pouco depois a mudar a forma do próprio condensador e, em vez de garrafas,
utilizava-se placas de vidro cobertas de lamelas metálicas.
A experiência de Leyde foi um marco muito importante na história da electricidade
porque estimulou a realização de um grande número de experiências sempre
espectaculares e fascinantes, e a aparição de teorias que visavam explicar porque
é que era possível “condensar” tanta electricidade.
É precisamente em 1745 que nasce, em Como, na Itália, Alexandre Volta, um dos
grandes actores da cultura científica do século XVIII. Desde jovem que consagra
uma boa parte do seu tempo ao estudo de fenómenos naturais. Depois de uma
formação clássica, prossegue, como autodidacta, o interesse sobretudo por
fenómenos eléctricos.
Ele lê os textos de Petrus Van Musschenbroek, Jean-Antoine Nollet, abade e físico
francês, e Giambatista Beccaria, eclesiástico e sábio italiano, três dos mais
famosos investigadores da época no domínio da electricidade. Com apenas
dezoito anos, Volta começa a corresponder-se com Nollet e Beccaria, a quem
expõe corajosamente as suas próprias teorias. Dois anos mais tarde, tem a
oportunidade de poder utilizar, para as suas próprias experiências, o gabinete de
física que o seu amigo Cesare Gattoni construiu em Como. Comunica então a
Beccaria os seus primeiros resultados, obtidos em 1765: continua a corresponderse
com ele até 1769, ano da publicação de De vi attractiva ignis electrici, uma
memória em latim, em forma de carta aberta, dirigida a Beccaria. Aqui expõe a sua
discordância com as teorias do electrofísico de Turim, particularmente a mais
recente, que para ele é muito importante: “ a electricidade vingadora”. As
discordâncias de interpretação parecem estimular particularmente o orgulho e a
aplicação de Volta: da discussão científica com Beccaria, que durará vários anos,
nascerá a sua primeira invenção, em 1775, o electróforo perpétuo; também da
divergência com o médico e físico bolonhês Luigi Galvani sobre a “electricidade
animal” nascerá a última invenção, a pilha. O electróforo dar-lhe-á a popularidade,
a pilha uma “glória imortal”. Mas examinemos um pouco mais detalhadamente
estes dois aparelhos e o processo que conduziu Volta à sua invenção.
Segundo a teoria de Beccaria, quando se coloca um isolador e um condutor em
contacto, estando o primeiro carregado positivamente e o segundo negativamente
– dizia-se, segundo a teoria mais divulgada na época, que o primeiro possuía mais
“fluído eléctrico” no estado natural e que o segundo não o tinha – as suas
electricidades respectivas, contrárias, anulam-se. No momento em que os
separamos, o isolador “reivindica para si” e retoma a sua electricidade original
subtraindo-a do condutor, que se encontra novamente carregado negativamente.
Opondo-se firmemente a esta interpretação, Volta defende que a electricidade
presente no condutor e no isolador quando estão separados não desaparece
quando estão juntos, o contacto entre os dois corpos anula os “sinais exteriores”
de electricidade, e não a própria electricidade.
Para demonstrar a sua teoria, recorreu ao “quadro de Franklin», a partir do nome
do sábio e homem político americano Benjamin Franklin – este instrumento, de
princípio análogo ao da garrafa de Leyde, é constituído por um placa de vidro, em
cujos lados são aplicadas duas lamelas metálicas muito finas. Para evidenciar
mais a sua teoria, Volta dá ao seu instrumento modificações importantes: substitui
o vidro por uma camada de resina (esta conserva durante mais tempo a
electricidade deposta na sua superfície), que cola a um disco condutor (o qual
substitui a armação inferior), e troca a armação superior por uma tampa
arredondada (uma forma que permite uma dissipação menos importante de
electricidade). Esta tampa de metal ou de madeira metalizada, mais leve e
manejável, está munida de um puxador isolador “para a poder levantar
comodamente e pousá-la”. O novo instrumento, anunciado em 1775 numa carta a
Joseph Priestley, parece corresponder magnificamente aos pressupostos teóricos
de Volta: quando a camada de resina está carregada por contacto, ela conserva
bem a electricidade que lhe foi transmitida; quando a tampa e o disco são, por
uma simples pressão do dedo, postos em contacto com a Terra, a electricidade da
camada de resina, longe de desaparecer, como diz Beccaria, permanece por
aderência, induzindo, “para que haja um certo equilíbrio”, electricidades contrárias
na tampa e no disco. Levantada, a tampa revela-se electrificada. Uma vez
descarregada, pode novamente ser pousada sobre a camada de resina, tocada
(quer dizer, ligada à Terra) e recarregada. Repetindo as mesmas operações, a
tampa pode continuar a fornecer electricidade durante longos períodos, o que,
como escreveu Volta, “me surpreendeu e a todos os que, até agora, assistiram a
tal espectáculo” e vale ao aparelho o nome de “electróforo perpétuo”.
Simples e compacto, o electróforo permite ter à disposição, praticamente a
qualquer instante e sem exigir o esfregamento contínuo necessário das outras
máquinas electrostáticas, uma grande quantidade de electricidade estática: o seu
sucesso é grande e é rapidamente utilizado em todos os gabinetes de física
europeus.
Se o funcionamento do electróforo suscita a surpresa de Volta e dos outros
espectadores, esta surpresa não é nada comparada com a que é suscitada pela
pilha, o “novo dispositivo de choque (eléctrico), que causou tanto espanto a todos
os físicos e mim tanta satisfação”. Se a electricidade trazida e fornecida
discretamente pelo electróforo é perpétua, na pilha é o movimento do fluído
eléctrico que é perpétuo: “Esta circulação incessante do fluído eléctrico [este
movimento perpétuo] pode parecer paradoxal, pode não ser explicável: mas ela
não é menos verdadeira e real”. Na comunicação que dava conta da invenção do
seu novo aparelho, Volta insiste, antes de empregar o adjectivo “perpétuo” (termo
que tem uma significação tão forte em física), no sentimento de “estupefacção”, de
maravilhoso, como para justificar a utilização de um termo que pode certamente
atrair para si críticas, mas que, ao mesmo tempo, o enche de orgulho.
Vejamos agora como se chegou lá. Como já dissemos mais acima, a pilha foi o
resultado da famosa controvérsia que opôs Volta a Galvani, controvérsia que
envolveu toda a comunidade científica (e não só!) na última década do século
XVIII.
Tudo começa em 1791, ano em que Galvani publica uma memória destinada a
suscitar uma grande surpresa, o Commentarius de viribus electricitatis in motu
musculari. Aqui descreve as experiências que, realizadas durante vários anos, o
conduziram a supor a existência própria aos animais. Entre as experiências
relatadas, a mais significativa, para o que se vai seguir, é aquela em que as pata
de uma rã sem cérebro, esfolada e preparada apresentam contracções visíveis
quando colocamos em contacto um nervo e um músculo utilizando um pequeno
arco metálico, e mais particularmente quando este era formado por dois metais
diferentes.
Para Galvani, a experiência demonstra a presença de uma electricidade animal,
que parte do cérebro, propaga-se através dos nervos e acumula-se nos músculos.
Cada fibra muscular é semelhante a uma pequena garrafa de Leyde: o nervo
exerce a mesma função que o fio metálico, que penetra na garrafa enquanto que
sobre as paredes musculares se acumula uma dupla electricidade (positiva e
negativa). A comunicação entre as duas paredes produzida pelo pequeno arco
(semelhante àquela produzida pelo nervo, quando em contacto directo com o
músculo) provoca a descarga e a contracção dos músculos.
Volta lê o Commentarius em Março de 1792 e, inicialmente, é entusiasta.
Reproduz as experiências de Galvani, procura definir qual poderá ser a
electricidade artificial mínima susceptível de provocar as contracções dos
membros da rã e descobre que é muito fraca: a rã comporta-se então como um
revelador extremamente sensível de electricidade. Ao fim de dois meses, começa
a prestar atenção ao papel desempenhado nas contracções pelo contacto entre
dois metais diferentes e chega muito depressa à afirmação de que metais
diferentes postos em contacto são, não só condutores (o que já se sabia), mas
também motores de electricidade: «Têm no sentido restrito estimulantes e
motores”. As contracções dos músculos da rã não se devem, como o diz Galvani,
à electricidade animal acumulada nos músculos e posta em circulação através do
pequeno arco que une o nervo e o músculo, mas sim à electricidade comum,
muito fraca, gerada na pata pelo contacto dos dois metais que formam o arco.
Aplicando o arco bimetálico sobre os seus olhos e a sua língua, Volta demonstra,
“pagando com a própria língua”, que o contacto entre dois metais diferentes
produz electricidade e pode excitar os nervos.
Prosseguindo o debate, Galvani chega a obter contracções das patas das rãs
colocando em contacto apenas o nervo e o músculo (sem recorrer a metais). Volta
reage formulando a hipótese que os corpos húmidos podem também eles
transportar o fluído eléctrico: “ É a diversidade dos condutores que é necessária.”
Era impossível desempatar as duas hipóteses, dificuldade que Galvani resumiu
assim: “Ele afirma que esta electricidade é a mesma que é comum a todos os
corpos; e eu que ela é particular e própria ao animal; ele estabelece a causa do
desequilíbrio nos artifícios que se utilizam, e precisamente na diferença dos
metais; eu na máquina animal; em suma, ele atribui tudo aos metais, nada ao
animal; eu, tudo a este e nada aos outros, se apenas tomarmos em conta
desequilíbrio.»
Em 1796, Volta consegue, servindo-se de um instrumento que ele próprio
inventou, o electrómetro condensador, medir a tensão produzida nas extremidades
de um par de discos feitos de metais diferentes – no seu programa de
investigação, Volta utiliza abundantemente as analogias entres as diversas
disciplinas da física, procurando leis e princípios unificadores: assim, compara a
tensão (que para ele representa a grandeza intensiva envolvida nos fenómenos
eléctricos), na pressão e na temperatura dos fenómenos pneumáticos e térmicos.
Galvani, com uma experiência publicada em 1797, obtém contracções das duas
patas da rã, dissociadas uma da outra. Colocando o nervo de uma em contacto
com o da outra, dobrado sob forma de um pequeno arco, ele elimina a hipótese do
contacto entre dois corpos húmidos diferentes. A sua experimentação, que pode
ser considerada como o ponto de partida da electrofisiologia, passa no entanto
quase despercebida. Por seu lado, Volta tenta multiplicar os efeitos que já obteve
sobrepondo pares de discos de dois metais diferentes (cobre e estanho, ou
melhor, prata e zinco) e, no final do ano de 1799, consegue, introduzindo entre os
pares de discos um condutor húmido (um disco de cartão, ou de um outro
material, embebido de água salgada ao acidificada): é a pilha.
Ele anuncia a sua descoberta a 20 de Março de 1800 numa carta a sir Joseph
Banks, presidente da Royal Society de Londres, a mais prestigiada academia
científica da época. Volta nomeia várias vezes o aparelho “órgão eléctrico
artificial”, e descreve-o como “idêntico no fundo [...] e mesmo como o acabo de
construir, pela forma, ao órgão eléctrico natural do torpedo, da enguia eléctrica,
etc.». Ele pensa que a realização de um “torpedo artificial” pode demonstrar que
mesmo a electricidade produzida pelos “peixes eléctricos” – que Galvani
considerava como uma prova incontestável da existência de electricidade animal –
é electricidade “comum”. A ideia de construir uma máquina que imita o órgão
eléctrico do torpedo foi sugerida a Volta pelo químico e físico inglês William
Nicholson. Observando a configuração deste órgão, formado por um grupo de
colunas, cada uma composta por uma sobreposição de pequenas lâminas,
Nicholson tinha sugerido a possibilidade de empilhar os electróforos. Seguindo a
sua teoria, Volta compara estas colunas a uma série de pares de condutores
diferentes sobrepostos de tal forma que os efeitos de cada par se acumulam.
A característica da pilha, bem além do que ela devia demonstrar, é a circulação
contínua do líquido eléctrico que ela produz, propriedade em que Volta insiste na
sua missiva a Banks. Esta característica distingue a pilha de todos os aparelhos
da época, que não podiam produzir, uma vez carregados, mais do que breves
descargas eléctricas. A electricidade produzida pela pilha provém de um
fenómeno químico e encontra-se então, ironia do destino, bem diferente da
electricidade “comum” que conhecíamos então – ironia do destino novamente,
será qualificada de “galvânica”.
Mas como é esta circulação contínua de electricidade possível? Sempre agarrado
à sua teoria do contacto entre dois metais diferentes, Volta nega a interpretação
química, que, no entanto, prevalecerá e segundo a qual o funcionamento da pilha
se explica pelas reacções químicas que tiveram lugar entre o primeiro metal, o
condutor húmido e o segundo metal. Este contacto dos dois metais desempenha
então um papel importante, tanto na antiga como na nova teoria; por enquanto a
interpretação do processo à obra foi sempre difícil. A existência de electricidade
animal e, mais ainda, os processos fisiológicos que estão na sua base foram ainda
mais árduos de demonstrar. Nem Galvani nem Volta tiveram a tarefa facilitada.
O sucesso da pilha, o primeiro gerador de corrente eléctrica contínuo, é imenso. E
provoca imediatamente, o nascimento da electroquímica – que utiliza a corrente
eléctrica para provocar reacções químicas (desde o mês de Maio deste ano de
1800, a corrente fornecida por uma pilha permite a William Nicholson e a Antony
Carlisle, obter a electrólise da água, isto é, a sua decomposição nos seus dois
componentes, o oxigénio e o hidrogénio). Nasce também a electrodinâmica – que
estuda as acções do tipo magnético produzidas pelas cargas eléctricas em
movimento, e daqui o electromagnetismo – que unifica a compreensão dos
fenómenos eléctricos e magnéticos. A pilha pode assim ser considerada como “a
base fundamental de todas as invenções modernas”, para retomar as palavras de
Einstein.
Com o sucesso, não tardam a chegar as honras: Volta apresenta a pilha a
Napoleão, que lhe atribui a medalha de ouro do Institut de France em 1801,
nomeia-o senador do reino de Itália em 1809 e confere-lhe o título de conde, um
ano depois. Volta não foi apenas um “devoto submetido” de Napoleão: ele soube
manobrar correctamente ao sabor dos acontecimentos políticos, das guerras e das
mudanças frequentes de governo. Nos anos que se seguiram à invenção do
electróforo, o conde Firmian, ministro do império de Habsburgo para a Lombardia,
tinha-lhe atribuído a cadeira de física experimental na Universidade de Pavia, a
qual, graças à política inovadora de Marie-Thérèse e do seu sucessor, Joseph II,
tinha entrado para o círculo das melhores universidades europeias. Volta obteve
de Firmian depois do próprio imperador os fundos necessários para fazer várias
viagens na Europa e comprar os instrumentos que lhe pareciam necessários para
o seu gabinete de física e para as suas aulas públicas, muito frequentadas. Foi por
fim feito membro de muitas academias científicas, italianas e europeias.
Entre a invenção do electróforo e da pilha, Volta realizou muitos outros estudos e
obteve outros resultados importantes. Fez igualmente investigações aprofundadas
sobre o gás, descobriu o “gás inflamável” (que se tornará “metano” em 1866
quando o alemão August Wilhelm von Hofmann propuser um método de
nomenclatura dos hidrocarbonetos), inventou a pistola de ar inflamável e depois o
eudiómetro, que mede a quantidade de oxigénio do ar. Estabelece a lei da
dilatação do ar e a lei dos gases.
As honras feitas a Volta não param em 1827, o ano da sua morte. Poder-se-ia
mesmo escrever uma pequena história das celebrações que lhe fizeram, sendo a
última em 1999, por ocasião do bicentenário da invenção da pilha. Estas
cerimónias foram não só uma oportunidade para aprofundar e revisitar a sua obra
científica e organizar um grande número de manifestações, mas também de voltar
aos lugares onde viveu, que constituem hoje uma etapa interessante de “turismo
científico”. Assim, o gabinete de física de Volta foi restituído ao museu de história
da Universidade de Pavia, com os instrumentos que o sábio utilizava para as suas
pesquisas e para as suas aulas, assim como os móveis originais.

Construir uma pilha na aula
Angela Turricchia, Grazia Zini et Leopoldo Benacchio
Tradução: Sílvia Duarte
Considerações iniciais
Actualmente, um grande número de brinquedos utiliza pilhas. As crianças estão
habituadas a comprá-las, colocá-las e mudá-las, mas não conhecem o seu
funcionamento. No entanto, a introdução da electricidade na vida quotidiana, quer
provenha das centrais eléctricas ou mais simplesmente das pilhas, mudou
profundamente o nosso modo de vida.
Pelos seus trabalhos, Volta ocupa um lugar extremamente importante no
desenvolvimento das realizações técnicas à base de electricidade. O estudo da
sua vida, da sua obra e em particular da pilha que inventou, é particularmente rico
de sentido e adaptado aos programas de ciências das escolas básicas. A pilha
colocou à disposição dos homens uma nova forma de energia muito flexível, o que
lhes permitiu desenvolver a produção de electricidade.
Se a realização de uma pilha de Volta, muito simples e económica, pode ser
feita em aula, a teoria que subjaz esta actividade é bem menos simples de
conceber : ela necessita efectivamente de introduzir a noção de partícula
carregada, ou dito de outra forma o electrão, do qual os alunos não têm um
conhecimento concreto.
Preparar a aula na turma
A carta de Volta à Royal Society
Como ponto de partida para esta actividade, poderemos apoiar-nos na
descrição feita por Volta na sua carta dirigida em 1800 ao presidente da Royal
Society, um texto simples e acessível:
«Vou dar aqui uma descrição mais detalhada deste aparelho e de alguns outros
análogos, assim como das experiências relacionadas que são mais importantes.
Forneci-me de algumas dúzias de pequenas placas redondas ou discos de cobre,
de latão, ou melhor de prata, com cerca de uma polegada de diâmetro (por
exemplo as moedas), e um número igual de placas de estanho, ou o que é
bastante melhor, de zinco com aproximadamente a mesmo formato e grandeza –
digo aproximadamente porque a precisão não é necessária, e em geral a
grandeza assim como o formato das peças metálicas é arbitrária ; devemos ter
apenas o cuidado de as poder arrumar comodamente umas sobre as outras em
forma de coluna. Preparo, por outro lado, um grande número de rodelas de cartão,
de pele ou de qualquer outra matéria esponjosa, capaz de embeber e reter muita
água ou o humor, pois é preciso para o sucesso destas experiências que elas
estejam bem molhadas. Estas fatias ou rodelas, às quais chamarei discos
molhados, faço-as um pouco mais pequenas do que os discos ou pratos
metálicos, para que interpostos a estes, da forma que direi mais adiante, não
ultrapassem os limites.»
Este texto incentivará os alunos a reproduzir o empilhamento descrito.
Como funciona uma pilha?
A imagem que temos do objecto que Volta apresenta é a de um empilhamento
regular de discos de cobre e de zinco separados por um cartão impregnado de
água salgada. As crianças poderão também compreender de onde vem o nome da
pilha ! Os discos de cobre e de zinco são chamados « eléctrodos » e a solução de
sal, « electrólito ». São as reacções químicas entre estes diferentes componentes
que vão dar origem à electricidade, isto é, a uma circulação de electrões (toda
esta nomenclatura será introduzida pelo britânico Michael Faraday em 1834, ao
mesmo tempo do resto da terminologia electroquímica).
Para Volta, a produção de electricidade devia-se essencialmente ao contacto
entre estes três elementos, mesmo que tenha compreendido a importância da
solução para a « passagem das partículas carregadas ». Para preparar as
actividades da aula, é importante compreender como funciona uma pilha, mas
sempre com consciência de que isto não está ao nível dos alunos de 1º Ciclo. A
pilha de Volta comporta um eléctrodo de cobre « reduzido » sob a acção do
electrólito : libera electrões que se vão associar com os iões H
+
do electrólito e
migrar até ao eléctrodo de zinco, produzindo uma corrente eléctrica (se um circuito
está constituído, isto é, se os eléctrodos estão ligados por uma sequência de
condutores).
Podemos dizer que o eléctrodo de cobre «perde» electrões : diz-se que está
« carregado positivamente » (torna-se o pólo positivo). Pelo contrário, o eléctrodo
de zinco dissolve-se parcialmente na solução e « ganha » electrões : diz-se que
está « carregado negativamente » (torna-se o pólo negativo). Estabelece-se uma
tensão entre os dois pólos da pilha.
O cátodo (isto é o cobre) recompõe-se em permanência : o cobre tendo reagido
com a solução é reconstituído graças aos electrões « recuperados » no circuito.
Só o eléctrodo de zinco (isto é o ânodo) é consumido. O processo pode então
continuar até o eléctrodo esteja completamente dissolvido.
O material
Propomos utilizar moedas : trata-se de uma solução simples, sobretudo desde a
introdução do euro. Sugerimos utilizar as moedas de 20 cêntimos fundidas numa
liga de cobre particular a que temos o hábito de chamar « Ouro Nórdico » e que
compreende 89 % de cobre, 5 % de zinco, 5 % de alumínio e 1 % de estanho,
assim como moedas de 5 cêntimos em aço revestido a cobre : um material
experimental fácil de encontrar e… reciclável ! Há uma única dificuldade, estas
moedas são pequenas e empilhá-las origina a um edifício frágil e instável. As
turmas confrontadas com este problema escolheram construir uma base sobre o
modelo daquela descrita por Volta, utilizando um bocado de poliestireno, sobre o
qual repousa o empilhamento (podem-se consultar os desenhos no CD-ROM).
Algumas recomendações
A propósito da actividade, os alunos deverão nomeadamente identificar os dois
pólos da pilha. Contudo, a designação dos pólos « mais » e « menos » está
determinada por convenção. Para evitar induzir as crianças em erro e acabar com
as ideias falsas sobre o sentido da corrente, é importante que os professores
possam responder a esta questão (e a outras deste tipo).
As pilhas podem ser perigosas : as normas de segurança da Comunidade
Europeia indicam-nos que não podemos aplicar ao corpo humano uma tensão
superior a 24 V, tensão que se obtém com três pilhas de 9 V postas em série (é
muito importante que nos lembremos deste limite, quando trabalhamos com
alunos).
As pilhas podem poluir o nosso ambiente : algumas (as pilhas tipo « botão »)
contêm mercúrio nocivo para o meio em que vivemos. Um problema que é preciso
apresentar aos alunos, convidando-os à colecta e à triagem dos desperdícios…
É importante, por fim, que os alunos possam observar o que as pilhas contêm,
mas só o professor as deverá abrir. Acerca disto, será mais apropriado escolher
uma pilha plana pois as pilhas cilíndricas estão muitas vezes « blindadas » e são
impossíveis de abrir!
Construir uma pilha na aula
Iniciar a reflexão
Para começar, podemos convidar os alunos a trazer para a aula as diferentes
pilhas, que têm em casa : conseguiremos, assim, juntar pilhas planas, pilhas
cilíndricas, pilhas salinas ou alcalinas… pedir-lhes-emos em seguida para se
interrogarem sobre a origem e o destino de cada tipo de pilha. É igualmente
possível partir da observação de um jogo que funciona com pilhas e perguntar aos
alunos : « O que é que faz o jogo funcionar ? » A discussão que se seguirá
permitirá estabelecer uma lista das funções da pilha e dos seus modos de
utilização. Poderemos, se necessário, tirar a pilha do jogo para mostrar que já não
funciona. Qualquer que seja a opção escolhida, propomos levar os alunos a
reflectir sobre a origem da pilha e a ler o texto de Volta para fabricar a sua própria
pilha.
Que material utilizar?
Poderemos então listar o material utilizado por Volta e imaginar quais os
objectos da vida quotidiana que os poderão substituir:
Definir um protocolo
Definiremos em seguida um protocolo para fabricar a pilha :
– pegar na base de poliestireno e fixar espetos da maneira a que estejam
perfeitamente verticais : obteremos assim uma estrutura que impedirá os discos
empilhados de cair;
– fazer « sanduíches » de moedas de 20 e de 5 cêntimos com um pequeno disco
de algodão embebido em sumo de limão,(ou de água salgada), ao centro;
– deslizar e empilhar as sanduíches sobre a estrutura de apoio.
Durante o fabrico da sua pilha, os alunos aperceber-se-ão que devem ter
determinadas precauções:
– quando os discos de algodão são pressionados (particularmente, aqueles
situados na base do empilhamento), perdem o seu sumo de limão, o que torna a
pilha menos eficaz (os alunos descobrirão assim o papel do electrólito : se o sumo
secar, este não cumpre a sua função). Para reduzir este efeito, podemos intercalar
algodão entre todas as moedas. Volta não tinha compreendido a importância do
electrólito, pensava que a electricidade era gerada pelo contacto entre dois metais
diferentes!
– é preciso lembrar que os discos de algodão devem ser mais pequenos do que
as moedas, de modo a evitar que dois bocados de algodão se toquem (Volta
indica-o bem no seu texto).
Podemos utilizar um « controlador » para testar a pilha e compará-la a uma
pilha de comércio. Uma criança fez a seguinte exclamação : «Mas é impossível,
com a minha pilha, li 195 [mV], e com a pilha que comprei, li 1 590!» Depois da
discussão, os alunos admitiram que para obter os mesmos resultados da pilha
comprada, eram precisos oito empilhamentos em série.
Volta utilizou
20 discos de cobre de 4 cm de diâmetro
20 discos de zinco de 4 cm de diâmetro
20 discos de papel prensado
Uma solução de água salgada para molhar os discos de papel prensado
Três hastes fixadas verticalmente sobre uma base de madeira
Nós podemos utilizar
20 moedas de 20 cêntimos de euro
20 moedas de 5 cêntimos de euro
20 pequenos discos de algodão do tamanho de uma moeda de 5 cêntimos
O sumo de um limão para embeber os discos de algodão
Uma base de poliestireno para fixar três pequenas espetadas (ou palhas de
plástico) que manterão o empilhamento.
Em pleno empilhamento
Se os alunos fizerem bem a sua construção, verão que a superfície das moedas
utilizadas está alterada, sobretudo das moedas de 5 cêntimos. « Já não temos
mais moedas, já não vou poder fazer as minhas compras!» queixou-se uma aluna!
Tentámos também fazer a mesma experiência com menos sanduíches, mas os
alunos constataram então que o controlador mostrava um valor mais baixo. Numa
turma, um grupo de alunos procurou construir uma mini-pilha : « Lemos sempre
qualquer coisa… » No decurso desta actividade, é importante deixar os alunos
experimentar todas as suas ideias, sempre prestando atenção para que alterem
apenas um variante de cada vez, condição necessária para compreender de onde
vêm as diferenças de resultado.
Um grupo, cansado de ver os seus empilhamentos caírem, decidiu construir
uma pilha «horizontal»: «Conseguimos colocar mais peças, mas já não tínhamos a
pilha de Volta!» Procuraram então outros textos históricos. Foi assim que a turma
descobriu a « pilha de taças » de Volta. Na experiência realizada pelos alunos,
metade de uma laranja é uma pilha bem mais natural do que a de Volta :
« Procurámos construir uma pilha diferente : plantámos eléctrodos de cobre e de
zinco nas laranjas : precisámos de doze laranjas para acender um lâmpada
pequena. » Os alunos podem utilizar outros frutos e até outros electrólitos (ver a
água) : aperceber-se-ão, assim, que a maior parte funciona. Numa turma,
procurámos mesmo utilizar kiwis e dois copos de água…
E depois?
É possível, para prolongar esta actividade, dar aos alunos pilhas planas e
lâmpadas para abordar os circuitos eléctricos. Podemos formar grupos de quatro
ou cinco alunos, dar-lhes uma lâmpada, fios eléctricos, uma pilha e pedir-lhes que
acendam a lâmpada. Deixe que os alunos tentem e se interroguem sobre a forma
de utilizar a pilha de Volta que terão fabricado na primeira parte da sequência.
Poderão testá-la com uma lâmpada e estudar a noção de circuito fechado. Com
um número limitado de sanduíches, será difícil acender a lâmpada, mas alguns
terão a ideia de associar várias pilhas e observar então o que se passa.
Os alunos poderão também procurar as características das lâmpadas olhando
para as caixas ou para a base das lâmpadas. Esta será uma oportunidade para se
interrogar sobre os valores indicados e as unidades utilizadas e introduzir a
unidade de medida da tensão, o volt, cuja origem poderá ser conhecida das
crianças!

No gabinete do físico Alexandre Volta
No laboratório onde trabalhava Alexandre Volta, a desordem reinava. Objectos e materiais
diversos - cobre, vidro, garrafas e pequenos vasos cheios, vazios, abertos, fechados, discos de
metal, de pele - tinham-se acumulado e o local estava de tal forma cheio que ele já não se
conseguia mexer. Tinha mesmo proibido a entrada aos empregados : a ideia de que alguém
pudesse mudar de lugar algum dos seus instrumentos ou papel apavorava-o. Só ele sabia onde
encontrar as " coisas " naquela desordem. Os outros eram incapazes de adivinhar o que
arrumar e como o fazer. Sem contar que,naquela confusão, ele guardava também as notas que
serviam para escrever os relatórios das suas pesquisas.
Alexandre lembrava-se justamente da carta escrita a Priestley, onde descrevia uma das suas
descobertas, formulando este desejo: "Agrade-lhe ou não, gostaria de dar um nome ao meu
pequeno aparelho, que seria o electróforo perpétuo." O electróforo ... Já tinha passado tanto
tempo ! Sobrecarregado por outras curiosidades, tinha negligenciado este pequeno
instrumento promissor. Tinha-se tornado tudo tão complicado - sobretudo desde que Galvani
também começou a trabalhar sobre a electricidade. Era um homem realmente estranho este
Galvani, com os seus sapos... Que polémica se tinha seguido! No entanto, Volta tinha a
certeza das suas ideias! Perdido nos seus pensamentos, foi novamente controlar o electróforo :
levantou a tampa de madeira (o electróforo propriamente dito) da base de resina. Ao tocá-lo,
verificou que o aparelho ainda fornecia electricidade negativa. Se calhar não poderíamos
dizer que era realmente "perpétuo", mas funcionava, ainda assim, durante um algum tempo!
Controlou as suas notas : a experiência tinha começado três dias antes. Tudo corria bem.
Sim, muitas outras coisas tinham ocupado o seu pensamento depois desta descoberta, tinha
ocupado a sua primeira cátedra : a cátedra de física do liceu Côme. Tinha viajado bastante:
Suiça, Alemanha, Holanda, Inglaterra, França. Tinha-se encontrado e colaborado com pessoas
apaixonantes : Lavoisier, Laplace... guardava uma recordação de cada um deles. Hoje, tinha
também previsto guardar as notas sobre o seu " aparelho electromotor ".
Meu Deus, como este aparelho, formado por discos de dois materiais diferentes empilhados
uns sobre os outros, lhe tinha dado que fazer ! De certeza que se divertiu a cortar os bocados
com as mesmas dimensões para facilitar o empilhamento ! Até o próprio recipiente tinha sido
difícil de construir... Agora, que estava satisfeito com o resultado, ainda lhe faltava descrever
o instrumento para preparar a comunicação que devia fazer na Royal Society, a sociedade dos
cientistas de Londres que validava as descobertas e as invenções.
"Trata-se apenas de um conjunto de bons condutores de espécies diferentes, dispostos de uma
forma particular. Trinta, quarenta, sessenta bocados., ou mais, de cobre, ou melhor de prata,
aplicados cada um sobre um bocado de estanho, ou melhor ainda, de zinco, e um número
igual de camadas de água pura, ou de qualquer outro líquido que seja um condutor melhor
que a água simples, como a água salgada, detergente, etc., ou bocados de cartão, de pele, etc.,
bem embebidos destes líquidos. Camadas destas colocadas entre cada par ou combinação de
dois metais diferentes, uma série alternada e sempre na mesma ordem destes três condutores,
eis tudo o que constitui o meu novo instrumento."
De repente levantou os olhos da folha - o que é que lhe veio à ideia agora? Pensava naquele
dia, há muito tempo atrás, no lago Majeur, quando, da sua barca, viu subir do fundo do lago
uma quantidade de pequenas bolhas. Que fez nesse momento ? Remexeu o fundo com um
pau : outras pequenas bolhas de gás apareceram à superfície e recolheu-as. Graças às
experiências que fez no seu local de trabalho, apercebeu-se que o gás recolhido era
inflamável. E se utilizasse a faísca eléctrica para o fazer explodir ? Era um fenómeno a
estudar, podia-se se calhar tirar alguma coisa... Empurrando os papéis mais próximos, fez cair
os que estavam mais afastados da mesa e apanhou-os resmungando : " Escreverei mais tarde
a comunicação para a Royal Society. Neste momento, parece valer a pena reflectir sobre esta
ideia. " Pegou numa nova folha de papel, aproximou o tinteiro e começou a desenhar : devia
imaginar como fazer explodir o gás que tinha visto subir do fundo do lago. Precisava de um
contentor fechado para que o gás não escapasse, o gás que precisa seguidamente fazer
explodir no interior. Parecia ser um bom problema a resolver.
Mergulhado nas suas reflexões, não ouviu bater à porta: a sua mulher apareceu à porta do
gabinete, estava na hora da refeição. Mas quando viu o seu marido ocupado a escrever,
cercado de pilhas de folhas e de livros, afastou-se abanando a cabeça. Não valia a pena
incomodá-lo, estava demasiado ocupado com a sua pesquisa e o seu trabalho. Nessa noite
comeriam juntos.
Leopoldo Benacchio et Angela Turricchia

Pilha de Volta

Por volta de 1050, o anatomista italiano Luigbhi Galvani (1717-1808), realizando experiências de anatomia com sapos, concluiu que a corrente elétrica tinha origem nos músculos animais.
Alessandro Volta partiu de um pressuposto diferente do de Galvani: o de que a electricidade tinha origem nos metais. Como físico, Volta tentava provar que só existia um tipo de electricidade, aquela estudada pelos físicos. Por isso, trocou os tecidos de organismos vivos por ferro, cobre e tecido molhado. Variando os metais usados, rapidamente se convenceu de que seu raciocínio fazia sentido.
Em 1800, Volta construiu um equipamento capaz de produzir corrente eléctrica continuamente: a pilha de Volta. Ele empilhou alternadamente discos de zinco e de cobre, separando-os por pedaços de tecido embebidos em solução de ácido sulfúrico. A pilha de Volta, produzia energia elétrica sempre que um fio condutor era ligado aos discos de zinco e de cobre, colocados na extremidade da pilha.

Bibliografia de Alessandro Volta

Físico italiano, nasceu em Como (Lombardia), e morreu em 1827 , na mesma localidade. Os seus estudos permitiram-lhe criar a teoria da electricidade ao inventar em 1775 o electróforo , um meio usado para gerar electricidade estática. Em 1778 descobriu e isolou o gás metano e inventou o electroscópio. Em 1782 criou o condensador electroscópio e em 1800 inventa a pilha.