O quadro lista alguns dispositivos eletrônicos que estão presentes no dia a dia, bem como a faixa de força eletromotriz necessária ao seu funcionamento.
Considere que uma bateria é construída pela associação em série de três pilhas de lítio-iodo, nas condições-padrão, conforme as semiequações de redução apresentadas.
Essa bateria é adequada para o funcionamento de qual dispositivo eletrônico?
A) I
B) II
C) III
D) IV
E) V
✍ “Resolução Em Texto”
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Química (Eletroquímica: Cálculo de ddp/Força Eletromotriz).
Física (Eletrodinâmica: Associação de Geradores em Série).
Tema/Objetivo Geral:
Calcular a tensão elétrica (voltagem) gerada por uma única pilha eletroquímica a partir de seus potenciais de redução e, em seguida, determinar a tensão total de um conjunto dessas pilhas ligadas em série para escolher o aparelho compatível.
Nível da Questão
Médio.
Exige duas etapas de cálculo: primeiro a química (calcular a ddp de uma pilha) e depois a física (multiplicar por 3 devido à associação em série). O aluno que esquecer de multiplicar cai na pegadinha da alternativa B.
Gabarito
Letra D.
A alternativa está correta pois cada pilha gera aproximadamente 3,59 V. Como são três em série, a bateria total gera 10,77 V, valor que se encaixa perfeitamente na faixa de funcionamento do carrinho de controle remoto (10,5 a 10,9 V).
1️⃣ PASSO 1 – O QUE A QUESTÃO QUER? (O MAPA DA MINA)
Decodificação do Objetivo:
A questão te dá os “ingredientes” químicos para fazer uma pilha (Lítio e Iodo) e diz que montou uma bateria com três dessas pilhas em fila (série).
O examinador quer saber: Qual a voltagem final dessa bateria e qual aparelho da tabela ela consegue ligar sem queimar ou faltar energia?
Simplificação Radical (A Analogia Central):
Imagine que você tem blocos de Lego.
- Primeiro, você precisa medir a altura de um bloco (Cálculo da ddp da pilha).
- Depois, você empilha três blocos um em cima do outro (Associação em Série).
- Por fim, você vê em qual prateleira (Aparelhos I a V) essa torre de blocos cabe exatamente.
O verdadeiro desafio aqui é lembrar que em série a voltagem soma.
Plano de Ataque:
- Calcular a ddp de uma pilha: Maior Potencial menos Menor Potencial.
- Calcular a Bateria: Multiplicar o resultado por 3.
- Comparar: Ver em qual intervalo da tabela o número final se encaixa.
2️⃣ PASSO 2 – DESVENDANDO AS FERRAMENTAS (A CAIXA DE FERRAMENTAS)
Vamos abrir a maleta da Eletroquímica.
Ferramenta 1: Cálculo da ddp (Diferença de Potencial)
Para uma pilha funcionar, alguém reduz (ganha elétrons) e alguém oxida (perde elétrons).
- Quem tem Maior Potencial de Redução: Reduz (Cátodo).
- Quem tem Menor Potencial de Redução: Oxida (Ânodo).
- Fórmula: ddp = Maior Valor – Menor Valor.
Ferramenta 2: Associação em Série
Quando ligamos pilhas em série (uma atrás da outra, positivo com negativo), as voltagens se somam.
- Fórmula: V total = V1 + V2 + V3.
3️⃣ PASSO 3 – INTERPRETAÇÃO GUIADA (MÃO NA MASSA)
Vamos aos cálculos passo a passo:
Etapa A: A voltagem de UMA pilha
Olhe os potenciais dados no texto:
- Iodo: E = +0,54 V
- Lítio: E = -3,05 V
O Iodo é maior (+0,54), então ele reduz. O Lítio é menor (-3,05), então ele oxida.
A ddp será a diferença entre eles:
ddp = (+0,54) – (-3,05)
(Lembre-se: menos com menos dá mais)
ddp = 0,54 + 3,05
ddp = 3,59 V (por pilha)
Etapa B: A voltagem da BATERIA (3 pilhas)
O texto diz: “associação em série de três pilhas”.
V total = 3,59 x 3
V total = 10,77 V
Etapa C: A escolha do aparelho
Temos uma bateria de 10,77 Volts. Vamos olhar a tabela:
- I (1,2 a 1,5): Queima.
- II (3,5 a 3,8): Queima.
- III (7,5 a 7,8): Queima.
- IV (10,5 a 10,9): O valor 10,77 está exatamente no meio dessa faixa. Perfeito!
- V (19,5 a 20,0): Não liga (fraco demais).
🚨 ARMADILHA CLÁSSICA! 🚨
CUIDADO com a Alternativa B!
Muitos alunos calculam a ddp de uma única pilha (3,59 V) e correm para a tabela.
Lá encontram o Celular (3,5 a 3,8 V) e marcam a letra B.
Erro fatal! O enunciado fala explicitamente em “três pilhas”. Se você esquecer de multiplicar por 3, você erra a questão. O celular explodiria com a bateria tripla!
A Bússola (O Perfil do Culpado):
- Síntese do raciocínio: 1 Pilha = 3,59V. 3 Pilhas = 10,77V. O aparelho que usa 10,77V é o IV.
- Expectativa: Carrinho de controle remoto (IV).
4️⃣ PASSO 4 – ALTERNATIVAS COMENTADAS (A AUTÓPSIA)
A) I.
- Diagnóstico do Erro: Chute ou erro grosseiro de cálculo.
- Análise: O valor necessário (1,5V) é muito menor que o gerado (10,77V).
B) II.
- Diagnóstico do Erro: O “Aluno de Uma Pilha Só”.
- Análise: Essa alternativa pega quem calculou corretamente a ddp de uma unidade (3,59 V) mas esqueceu de ler que a bateria era feita de três unidades em série.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
C) III.
- Diagnóstico do Erro: Erro de multiplicação.
- Análise: Talvez o aluno tenha multiplicado por 2 (duas pilhas = 7,18 V), o que chegaria perto, mas ainda fora da faixa.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
D) IV.
- Análise de Correspondência: Perfeita.
- Análise: O valor calculado da bateria (10,77 V) está contido no intervalo de funcionamento do carrinho (10,5 a 10,9 V).
- Conclusão: ✔️ Alternativa correta.
E) V.
- Diagnóstico do Erro: Erro de operação matemática.
- Análise: Para chegar em 20V, o aluno teria que ter somado valores errados ou multiplicado por 6 pilhas.
- Conclusão: ❌ Alternativa incorreta.
5️⃣ PASSO 5 – O GRAND FINALE (APRENDIZAGEM EXPANDIDA)
Frase de Fechamento:
Para alimentar o dispositivo correto, foi necessário somar a força química do Lítio e do Iodo (3,59 V) e triplicar esse valor através da associação em série, resultando na tensão exata para o carrinho de controle remoto.
Resumo-flash (A Imagem Mental):
Maior menos Menor = 1 Pilha. 1 Pilha vezes 3 = Bateria Completa.
🧠 Para ir Além (A Ponte para o Futuro):
Conecte isso com os Carros Elétricos.
As baterias de carros como Tesla não são uma peça única gigante. Elas são formadas por milhares de pequenas pilhas (células) de Lítio, muito parecidas com pilhas comuns, ligadas em série e paralelo. A ligação em série dá a voltagem (força) e a ligação em paralelo dá a amperagem (duração/autonomia).
