Las pilas eléctricas

	Autores: Fernanda Velazquez y Hernán Ferrari Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Física Temática: Pilas eléctricas. Conversión de energía química en energía eléctrica Nivel: Secundario, ciclo básico Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio. Tras este proceso transitorio, la pila cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el proceso. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es el polo negativo o ánodo.

Al dispositivo recargable o acumulador se lo llama batería. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas —en el primer caso, uno encima de otro, «apilados», y en el segundo, adosados lateralmente, «en batería»— como se sigue haciendo actualmente.

La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos,en muchos casos metálicos, en una solución conductora de la electricidad o electrolito, que es un conductor de iones.

Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el cátodo) se producen electrones, mientras que en el otro (ánodo), se produce un defecto de electrones. Cuando los electrones sobrantes del cátodo pasan al ánodo a través de un conductor externo a la pila, se produce una corriente eléctrica a partir de la cual ocurrirá una reacción de oxidación en el cátodo y otra de reducción en el ánodo. Estos procesos ocurren simultáneamente.

Objetivo de las actividades

Que los alumnos analicen los inicios de la generación de electricidad con los dispositivos desarrollados por Volta que aún se utilizan en la actualidad.

Actividad 1

1. Observen el siguiente video sobre la Pila de Volta (parte 1).

2. Resuelvan estas actividades:

    a) Una botella de Leyden es un dispositivo que almacena cargas eléctricas. Expliquen en qué consiste y detallen su funcionamiento. ¿Quién diseñó este primer condensador?
    b) La composición de un metal tiene características muy particulares, ¿cuáles son?
    c) ¿Cómo es la energía potencial y cinética de un electrón en un metal?
    d) ¿Cómo debe ser la fuerza necesaria para arrancar un electrón de un metal y qué pasa con el metal después de que esto ocurre?
    e) Busquen la biografía de Alexander Volta.
    f) El electróforo perpetuo fue un dispositivo ideado por Volta. Expliquen su funcionamiento y cuáles son sus aplicaciones.
    g) El científico italiano Luigi Galvani estudiaba las ancas de las ranas diseccionadas; así encontró lo que él llamaba «electricidad animal». Comenten con más detalle a qué se refería Volta con     este término y expliquen cómo interpretó este hallazgo.
    h) Si un rayo cae por diferencia de potencial en un avión, este no sufrirá ningún tipo de descarga ni alteración eléctrica. ¿Por qué?
    i) Expliquen el funcionamiento de una pila y el de una batería. ¿Qué diferencia existe entre estos dos dispositivos tan parecidos en su uso?
    j) Busquen información sobre distintos tipos de baterías y sus aplicaciones en la vida diaria y en el ámbito industrial.
 
        3. Realicen un informe con el programa Writer de sus equipos portátiles que incluya las respuestas y las conclusiones a las que hayan llegado.

Actividad 2

1. Observen la segunda parte del video sobre la Pila de Volta

2.  Resuelvan estas actividades:

    a) Expliquen qué es el potencial de extracción de un metal. Investiguen cómo es este parámetro en distintos metales y a qué se debe este comportamiento.
    b) Cuando dos metales se ponen en contacto, desaparece la barrera en la superficie de contacto. Expliquen este fenómeno.
    c) Definan potencial electrostático entre metales.
    d) La pila voltaica fue modelada según estudios sobre anguilas eléctricas. ¿Cómo produce electricidad este animal?
    e) ¿Qué importante función cumple el electrolito en el armado de una batería eléctrica?
    f) Expliquen con sus palabras esta frase: «La energía química se transforma en energía eléctrica».
    g) ¿Cómo era el experimento de Volta que demostraba que Galvani estaba equivocado con su definición de electricidad animal?
    h) En la actualidad, las baterías son muy diferentes de aquellas con las que experimentó  Volta, ya que han mejorado mucho su eficiencia. Expliquen cómo funcionan las baterías de plomo ácidas.
    i) Existe una diferencia significativa en las baterías actuales y es que son reversibles. Expliquen cómo es posible esto.

3. Realicen un informe con el programa Writer de sus equipos portátiles que incluya las distintas respuestas y las conclusiones a las que hayan podido arribar.

Actividad 3

1. Construyan una pila voltaica.

Materiales

     -10 monedas de cobre.
    - 10 trozos de papel de aluminio de mayor tamaño que las monedas.
    - 10 moldes de papel del tamaño de las monedas.
    - Solución de vinagre, sal y limón.
    - Un voltímetro.

Procedimiento

a) Humedezcan los moldes de papel con la solución de vinagre, sal y limón por 3 minutos.

b) Coloquen los moldes de papel sobre los pedacitos de aluminio.

c) Coloquen las monedas sobre los moldes de papel y armen la pila como se muestra en el siguiente gráfico:

d) Una vez armada la pila, conecten los electrodos a los extremos de la misma, uno a la moneda de cobre (positiva) y el otro al papel de aluminio (negativo).

e) Observen qué voltaje registra el voltímetro. ¿Qué deberían hacer para volver a cargar la pila?