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La pila di Volta

martedì 26 settembre 2017

Studiare per mercoledì 27 settembre:

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Effetto Volta

e

la pila

liberamente tratto da wikipedia

Funzionamento
La pila di Alessandro Volta può essere considerata una batteria di celle galvaniche collegate in serie. Tra i due elettrodi metallici di ciascuna cella si instaura una differenza di potenziale che viene mantenuta costante da forze di natura chimica.

Ogni elettrodo infatti tende a rilasciare ioni metallici positivi nella soluzione con la quale è a contatto, assumendo rispetto a essa un potenziale negativo.

La differenza di potenziale fra un elettrodo e la soluzione dipende dal tipo di metallo di cui è composto l’elettrodo. Utilizzando ad esempio un disco di zinco ( la cosa è pressoché identica con l’alluminio) e uno di rame come fece Volta, si misura presso lo zinco un potenziale negativo maggiore in valore assoluto rispetto a quello del rame. Collegando i due elettrodi per mezzo di un conduttore si genera un movimento di elettroni dal polo di carica negativa a quello di carica positiva (dallo zinco al rame nel caso precedente) e dunque una corrente elettrica di verso opposto.

Il movimento di elettroni nel circuito esterno della pila, tende a compensare e annullare la differenza di potenziale tra gli elettrodi e la soluzione; affinché la corrente si mantenga costante è necessario che il polo negativo venga costantemente rifornito di elettroni sottratti al polo positivo. Questo compito è affidato alla soluzione elettrolitica. Considerando per esempio una soluzione di acido solforico in acqua a contatto con elettrodi di zinco e rame, si osserva che gli ioni negativi derivanti dalla dissociazione dell’acido solforico si dirigono nell’interno della soluzione verso l’elettrodo di zinco. Gli ioni H3O+ dell’acido si dirigono invece verso l’elettrodo di rame al quale tolgono ciascuno un elettrone.

L’energia chimica che si sviluppa durante le reazioni fra i metalli e la soluzione è quella necessaria per consentire il flusso di corrente.

Ogni elemento collegato in serie contribuisce ad aumentare la tensione elettrica fra gli estremi della pila e dunque la sua forza elettromotrice.

In particolare, all’anodo di ogni elemento (in zinco) avviene una reazione di ossidazione che produce nuovi elettroni.

Al catodo invece il rame rimane intatto (può eventualmente ossidarsi). Questo perché lo zinco cede due elettroni e passa da Zn metallico a Zn2+, questi elettroni contrariamente a quanto si possa pensare non passano al rame, che serve solo per creare la differenza di potenziale, ma passano allo ione ossonio H3O+ formatosi dalla dissociazione ionica dell’acido solforico in acqua, che si trasforma in idrogeno molecolare gassoso H2. Alla semireazione di sviluppo di idrogeno è associata un potenziale di elettrodo pari a 0 V.

Quindi complessivamente ciascun elemento possiede un potenziale di cella di 0-(-0,76) = 0,76 V.

Siccome la pila è costituita da più celle galvaniche collegate in serie, la differenza di potenziale che si instaura ai morsetti è pari alla somma di tutti i potenziali di cella, cioè è pari al prodotto del numero di elementi collegati in serie per 0,76 V.

Importanza
Prima dell’invenzione della pila erano note apparecchiature come la bottiglia di Leida (cioè un condensatore), che fornivano solo una scarica elettrica di durata brevissima e necessitavano di essere caricate prima di ogni uso. La pila era invece di per sé un generatore di tensione: con essa il mondo scientifico ebbe a disposizione per la prima volta uno strumento in grado di produrre corrente intensa in modo ininterrotto per un certo tempo, aprendo le porte alle rivoluzionarie scoperte sull’elettricità che segnarono l’Ottocento.

Nel 1800, pochi mesi dopo l’annuncio dell’invenzione, William Nicholson e Anthony Carlisle, che furono fra i primi ad apprenderne per mezzo dello stesso Banks e prima ancora che la Royal Society ne fosse messa al corrente, riprodussero la pila e se ne servirono per realizzare l’elettrolisi dell’acqua, ottenendo i gas idrogeno e ossigeno.

Humphry Davy compì accurate ricerche per mezzo della pila e giunse alla conclusione che i suoi effetti elettrici, contrariamente a quanto creduto da Volta, non erano provocati dal semplice contatto di metalli diversi, bensì da mutamenti chimici. Sperimentando con l’elettrolisi, egli riuscì fra il 1807 e il 1808 a isolare dai loro sali metalli alcalini e alcalino terrosi come sodio, potassio, bario, stronzio, calcio e magnesio.

Grazie alla pila furono anche resi possibili i primi tentativi di trasmettere segnali per mezzo del telegrafo elettrico.

Sul vostro libro: Galvani e Volta, pag 564.

Materiali:

  • 8 monete da 5 centesimi
  • foglio di carta A4 spesso
  • foglio di carta argentata ( alluminio)A5
  • due cucchiaini di sale da cucina ( NaCl)
  • forbici da elettricista o forbicine
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