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Pilha elétrica com um dos polos aterrado

Nas pilhas vendidas no comércio de qual pólo partem os elétrons para percorrem o filamento de uma lâmpada e depois retornarem a pilha? Por que a lâmpada não se ilumina usando um dos pólos de uma pilha comercial e na outra ponta um aterramento residencial considerado eficiente para tensões da concessionária?

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Em uma pilha ou bateria (fonte) os elétrons NÃO partem de um polo para percorrerem o filamento de uma lâmpada e depois retornarem à pilha.

Os condutores metálicos (os fios e a própria lâmpada) possuem uma quantidade imensa de elétrons que podem ser colocados em movimento quando um circuito é fechado entre terminais de pilha ou bateria. É indispensável para que uma corrente elétrica ocorra que AMBOS os terminais da fonte estejam  conectados por um caminho condutor externo a ela.

Uma analogia hidráulica ao circuito constituído pela fonte e lâmpada: um encanamento cheio de água que é conectado às duas extremidades de uma bomba hidráulica também repleta de água. A bomba hidráulica é o análogo da fonte e ela bombeia a água existente em todo encanamento.

Ou seja, a função da fonte não é suprir o circuito com elétrons ou quaisquer outras cargas com mobilidade. A função da fonte é prover o circuito de energia não eletrostática para “bombear” as cargas livres que naturalmente existem dentro dos condutores. Cabe também notar que na parte interna de uma fonte eletroquímica (pilha, bateria, …) existem cargas livres de natureza diferente dos elétrons e com ambos os sinais (íons positivos e negativos).

A figura 1 representa uma pilha com uma lâmpada conectada ao polo negativo e aterrada.

  

Desta forma não haverá corrente elétrica, a lâmpada não acenderá. Usando a analogia hidráulica para entender a razão de não funcionar desta forma: é como se tentássemos bombear água com uma das extremidades da bomba lacrada.

A figura 2 representa um circuito completo, usando o aterramento como parte dele, pois agora o terminal positivo da pilha foi ligado por um condutor à terra.

Assim a lâmpada poderá acender desde que a resistência elétrica do aterramento entre os pontos A e B seja muito pequena quando comparada à resistência elétrica da própria lâmpada.

Em circuitos de baixa tensão como os alimentados por pilhas ou até baterias de 12 V a alternativa indicada na figura 2 usualmente é ruim por causa da resistência elétrica grande (quando comparada à resistência elétrica da lâmpada) do aterramento entre os pontos A e B.

Entretanto encontramos nos circuitos de baixa tensão (12 V) dos automóveis uma situação onde o terminal negativo da bateria é “aterrado” ao chassi metálico do automóvel e os dispositivos elétricos  são ligados ao terminal positivo da bateria e também “aterrados” ao chassis (figura 3). Neste caso esta é uma boa alternativa dado que o chassi é constituído por uma massa metálica com baixíssima resistência elétrica.

Duas postagens do CREF tem relação direta com este tema:

Usando o aterramento ao invés do neutro: é possível?

Como os trens elétricos funcionam com apenas um único cabo de energia?

Outras postagens sobre circuitos elétricos:

De onde vem tantos elétrons? Eles nunca acabam?

Para onde vão os elétrons?

Elétrons consumidos?

Efeito termoiônico: como acontece e para onde vão os elétrons?

Sentido da corrente elétrica

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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M.Sc.Eng. Wagner da Gama Melo – RMS INDÚSTRIA DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS LTDA. – comentou:
Porque…precisamos por os elétrons a brincar de ciranda para que a energia seja transferida.  ?

 

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10 comentários em “Pilha elétrica com um dos polos aterrado

  1. Guilherme Cardoso disse:

    Professor, gostaria de saber como explicar então o fato de que tomando uma pessoa carregada elestrostáticamente e uma bateria ou pilha, porque a pessoa pode descarregar essa energia no terra da rede elétrica e a bateria não? Já que ambos possuem eletricidade estática antes de entrarem em contato com a terra.

    • Fernando Lang disse:

      Uma bateria armazena energia química e pouquíssima energia eletrostática. Para “descarregar” a bateria deves ligar um terminal ao outro. A pessoa armazena apenas energia eletrostática e esta é descarregada na terra.

      • Guilherme Cardoso disse:

        Mas mesmo a bateria tendo pouca energia eletrostática, ainda assim têm mais energia que o Terra, pois segundo a teoria o mesmo é neutro, então porque a bateria não descarrega para o Terra,?

        • Fernando Lang disse:

          Para “descarregar” uma bateria uma corrente elétrica deve circular por ela e para tanto deve haver uma resistência externa à bateria. Se os dois terminais da bateria forem aterrados em um solo bom condutor (usualmente o solo apresenta grande resistência elétrica), ela “descarregará”.

          • Guilherme Cardoso disse:

            Sim, mas no caso, como o senhor disse, isso é o mesmo que fechar o circuito da bateria, mas na situação da pessoa descarregar sua eletricidade estática, não há circuito fechado, apenas um acumulo de carga em determinada região ( a pessoa) e na bateria o mesmo ocorre, há um acúmulo de carga pela reação química e em um dos polos haverá eletricidade estática também. Fiz um teste com multímetro e verifiquei que realmente não há corrente circulando entre a bateria e o terra, também tentei usar um resistor de 100khoms, em paralelo com a bateria, para gerar a corrente, mas a mesma não circulou. Aceito o fato de não haver corrente circulando nesse caso, mas ainda não consigo entender o porque disso.

          • Fernando Lang disse:

            A quantidade de carga em excesso nos terminais de uma bateria é muito menor do que a quantidade de carga em uma pessoa carregada. As tensões associadas à bateria são da ordem de alguns volts enquanto em uma pessoa carregada são da ordem de centenas de quilovolts. Por aí já é fácil concluir que a carga em excesso na bateria é desprezível frente a carga na pessoa.

  2. Guilherme Cardoso disse:

    Boa tarde professor, e se eu colocasse um voltímetro DC, em um dos polos da bateria, com relação a terra, eu iria ver alguma diferença de potencial (tensão)?

  3. Guilherme Cardoso disse:

    Não é possível ver a tensão devido ao instrumento utilizado ou a natureza da grandeza que estamos tentando medir? E por que?
    Seria possível medir com outro instrumento essa diferença de potencial?

    • Fernando Lang disse:

      Vou te responder notando inicialmente um outro fato. Se tomares dois pontos no ar, separados pela distância vertical de 1m, tens uma diferença de potencial de cerca de 120V associada ao campo elétrico da Terra (esta diferença de potencial pode apresentar valores diversos dependendo das condições atmosféricas). Mais detalhes em Circuito elétrico atmosférico global.

      Voltímetros medem pequenas correntes elétricas através das quais se infere sobre a ddp. Voltímetros possuem grande resistência interna (quanto maior melhor) e a medida que eles realizam somente são confiáveis se esta resistência interna é muito maior do que a resistência com a qual ele entra em paralelo. Finalmente, a ddp entre o aterramento e um polo da bateria é essencialmente a ddp associada ao campo elétrico da terra mais um pequeno campo naquela região devido a algum excedente de carga na bateria.

      Medir campos eletrostáticos e através dessa medida inferir sobre a ddp é um problema que podes elucidar pesquisando sobre como as medidas do campo elétrico da Terra são realizadas.

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