PRIMEIRO TORNEIO INTERCLASSES DE CONFECÇÃO DE PILHAS
1 OBJETIVOS
Promover o desenvolvimento dos conceitos químicos e físicos, acerca do tema eletroquímica e eletricidade, por meio do “Primeiro Torneio Interclasses de Confecção de Pilhas” a ser realizado com os alunos do terceiro ano dos Cursos Técnicos Integrados ao Ensino Médio do Campus São Mateus do Ifes.
2 INTRODUÇÃO
Nesta última década assistiu-se a uma proliferação enorme de aparelhos eletroeletrônicos portáteis, tais como: brinquedos, jogos, relógios, lanternas, ferramentas elétricas, agendas eletrônicas, “walk-talks”, barbeadores, câmaras fotográficas, filmadoras, telefones celulares, computadores, aparelhos de som, instrumentos de medição e aferição, equipamentos médicos etc. Ao mesmo tempo, aumentou muito a demanda por pilhas e baterias cada vez menores, mais leves e de melhor desempenho. Conseqüentemente, existe atualmente no mercado uma grande variedade de pilhas e baterias a fim de atender às inúmeras exigências [1].
As pilhas ilustram conceitos de indiscutível importância química no campo da termodinâmica (variação da energia de Gibbs e constante de equilíbrio de reações redox) na migração de íons em solução (papel da fonte salina e migração nas semi-células) [2]. Além disso, permite a discussão dos processos eletrolíticos e eletroquímicos que norteiam a corrosão e importantes aspectos físicos, tais como potencial e corrente elétrica.
As reações que ocorrem durante processos de descarga de muitas pilhas comerciais ainda não foram completamente entendidas. A compreensão dos princípios de funcionamento dessa grande variedade de pilhas e baterias é uma tarefa árdua e requer, muitas vezes, um conhecimento profundo e multidisciplinar, já que vários destes sistemas eletroquímicos empregam tecnologia avançada [1]. A prática de experimentação, desenvolvimento e testes de simples protótipos de pilhas, proposto para o “Primeiro Torneio Interclasses de Confecção de Pilhas”, aproxima o conhecimento teórico daquele vivenciado no dia-a-dia do aluno e possibilita o surgimento de novas propostas técnicas e tecnológicas para o desenvolvimento de dispositivos armazenadores de energia.
3 REGRAS DO TORNEIO
3.1 Disposições gerais
Pilhas:
o Será considerada uma pilha o dispositivo constituído unicamente de dois eletrodos e um eletrólito, arranjados de maneira a produzir energia elétrica.
Eletrólito:
o O eletrólito poderá ser líquido, sólido ou pastoso, mas deve ser, sempre, um condutor iônico.
Recipientes utilizados na montagem das pilhas: o Deverão ser preferencialmente transparentes.
A bibliografia de apoio ao desenvolvimento do trabalho de cada um dos grupos encontra-se no final deste roteiro. Outras referências podem ser adotadas.
Premiação:
o Posteriormente será divulgada a premiação relativa ao campeão do “Primeiro Torneio Interclasses de Confecção de Pilhas”.
3.2 Avaliação
Serão avaliados os seguintes itens para essa atividade: o Pré-Projeto do grupo;
o Relatório do grupo;
o Apresentação do protótipo de pilha desenvolvido pelo grupo; o Protótipo de pilha desenvolvido pelo grupo.
Essa atividade será critério de avaliação das seguintes disciplinas e respectiva nota atribuída ao 1º bimestre letivo de 2011 dos terceiros anos dos Cursos Técnicos Integrados ao Ensino Médio:
o Química; 15 pontos (60% da nota relativa ao 1º bimestre letivo de 2011). o Física; 5 pontos (20% da nota relativa ao 1º bimestre letivo de 2011), que
estará associada a nota de Química em termos percentuais.
3.3 Pilha
Podem ser primárias ou secundárias;
Não serão permitidas pilhas que liberem qualquer tipo de gás venenoso ou irritante.
Aquelas que levam a produção de gases devem conter orifícios de segurança para que não ocorram explosões.
Pilhas que necessitam de soluções de ácidos inorgânicos (por exemplo, solução de bateria) deveram ser manuseadas com jaleco, luvas e óculos de proteção.
3.4 Testes
No caso da utilização de sistemas capacitivos, todos os cuidados devem ser utilizados para que sejam evitados choques elétricos. Os cuidados adotados devem ser apresentados aos avaliadores.
A tensão de cada pilha deve ser previamente testada e dimensionada para os testes.
Os testes deverão ser feitos na casa de um dos integrantes do grupo ou onde lhes for conveniente.
Cada aluno deve comunicar a seus pais sobre seu projeto, desenvolvimento e materiais a serem utilizados.
3.5 Pré-Projeto
Cada grupo deverá entregar um Pré-Projeto cumprindo os prazos do cronograma.
O Pré-Projeto deverá conter as seguintes informações: o Material utilizado como catodo.
o Material utilizado como anodo. o Material utilizado como eletrólito.
o Justificativa da escolha do catodo, anodo e eletrólito. o Planilha de custos.
o Viabilidade de obtenção do material escolhido. o Proposta de procedimento para montagem da pilha.
O Pré-Projeto poderá ser entregue na forma de relatório informal.
3.6 Relatório
O relatório do Projeto é a exposição escrita na qual se descrevem fatos verificados mediante pesquisas, execução de experiências e também a reflexão a partir das questões identificadas.
O relatório deve conter todos os dados, desde a concepção e objetivos até os resultados finais do projeto, contendo a pesquisa bibliográfica utilizada no embasamento científico, descrição detalhada de todas as fases de realização, descrição detalhada dos resultados e conclusões.
Incluam, no relatório, referências bibliográficas e estatísticas, registros fotográficos, tabelas, diagramas, gráficos, etc., para auxiliar na apresentação das informações.
Estrutura recomendada para o relatório:
o Capa (título do projeto; instituição; nome do(s) estudante(s) realizador(es) do projeto; turma e curso; data e local)
o Sumário (ordenação dos assuntos com as respectivas páginas) o Introdução (apresentação e contextualização do projeto.)
o Objetivos e relevância do trabalho (fundamentação teórica, pesquisa temática)
o Desenvolvimento do projeto (material, métodos, descrição detalhada de procedimentos e testes, e custos)
o Resultados do projeto: (transcrição dos resultados utilizando texto, diagramas, gráficos ou tabelas; comentários e análise dos resultados)
o Conclusões: os seus objetivos foram alcançados? Você conseguiu comprovar a sua hipótese? Quais são os seus próximos passos?
o Referências bibliográficas
o Anexos (itens não essenciais à compreensão do relatório, mas que o complementam, como fotos, estatísticas adicionais, transcrição de entrevistas, questionários aplicados, etc.).
3.7 Os grupos
Os grupos serão preferencialmente compostos por quatro alunos.
Os grupos poderão ter formação mista entre os alunos do 3ºMIM e do 3ºEIM.
4 CRONOGRAMA
As atividades relativas ao “Primeiro Torneio Interclasses de Confecção de Pilhas” serão realizadas durante o primeiro bimestre, que tem início no dia 07/02/2011 e término no dia 20/04/2011, com apresentadas na tabela que segue:
Etapa Semana 07 a 11/fev 14 a 18/fev 21 a 25/fev 28/fev a 04/mar 07 a 11/mar 14 a 18/mar 21 a 25/mar 28/mar a 01/abr 04 a 08/abr 11 a 15/abr 18 a 20/abr
Divulgação “Primeiro Torneio Interclasses de
Confecção de Pilhas” aos alunos
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Definição dos grupos
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Pesquisa bibliográfica
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Produção do Pré-Projeto de cada um dos grupos
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Entrega do Pré-Projeto de cada um dos grupos
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Desenvolvimento das atividades práticas
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Produção do Relatório de cada um dos grupos
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Entrega do Relatório
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Apresentação dos trabalhos no “Primeiro Torneio
5 QUESTÕES A SEREM DISCUTIDAS DURANTE O RELATÓRIO
a) A pilha proposta por seu grupo é uma pilha primária ou secundária?
b) Segundo a Resolução Conama nº 257, há alguma restrição quanto à disposição dos resíduos produzidos pela pilha proposta por seu grupo?
c) Qual a toxicidade do material utilizado na preparação da pilha proposta por seu grupo? Que cuidados foram tomados durante o manuseio experimental?
d) Qual a semi-reação do catodo da pilha proposta por seu grupo? e) Qual a semi-reação do anodo da pilha proposta por seu grupo? f) Qual a reação global da pilha proposta por seu grupo?
g) Qual a diferença de potencial máxima atingida pela pilha proposta por seu grupo? h) Durante quanto tempo a pilha proposta por seu grupo se mantém no máximo de seu
potencial?
i) A tensão da pilha depende da superfície de contato entre eletrodo e solução? (sugere-se alterar a área de contato fazendo emergir parcialmente os eletrodos da pilha proposta pelo grupo e medindo-se, durante esse procedimento, a tensão) j) Na pilha proposta por seu grupo, caso haja deposição no catodo, após 30 minutos de
funcionamento e conhecendo a corrente gerada pela mesma, calcule: i. A quantidade de elétrons que passou pelo circuito.
ii. A massa depositada no catodo.
k) Qual o custo da pilha proposta por seu grupo? l) Discuta a portabilidade da pilha proposta.
m) Pode-se citar algum fator que impeçam o uso comercial da pilha proposta pelo grupo?
n) Que cuidados foram tomados para que acidentes como choques elétricos não ocorressem durante a montagem do sistema e apresentação do mesmo?
o) Discuta a perda da eficiência da pilha proposta por seu grupo em termo da energia livre de Gibbs. Utilize a equação de Nernst.
p) (Outras questões relativas especificamente a disciplina de Física serão entregues posteriormente.)
6 BIBLIOGRAFIA
1. BOCCHI, N.; FERRACIN, L. C.; BIAGGIO, S. R. Pilhas e Baterias: funcionamento e impacto ambiental, n. 11, maio 2000. 3-9.
2. HIOKA, N. et al. Experimentos sobre pilhas e a composição dos solos, n. 8, novembro 1998. 36-38.
3. HOWSTUFFWORKS - como tudo funciona, 1998. Disponivel em:
<http://casa.hsw.uol.com.br/baterias.htm>. Acesso em: 31 jan. 2011.
4. GENTIL, V. Corrosão. 5. ed. [S.l.]: LTC, 2003. 360 p. ISBN ISBN 9788521615569.
5. MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. I. C.; MAINIER, F. B. Corrosão: um exemplo usual de fenômeno Químico, 11-14, n. 19, maio 2004.
6. BROWN, T. L. et al. Química, a ciência central. Tradução de Robson Matos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972 p. ISBN ISBN 85-87918-42-7.
7. MARCONATO, J. C.; BIDÓIA, E. D. Potencial de eletrodo: uma medida arbitrária e relativa, n. 17, maio 2003. 46-49.
8. HIOKA, N. et al. Pilhas de Cu/Mg constuídas com materiais de fácil obtenção, n. 11, maio 2000. 40-44.
9. TOLENTINO, M.; ROCHA-FILHO, R. C. O bicentenário da invenção da pilha elétrica, n. 11, maio 2000. 35-39.
