Dal telecomando al telefono fisso, dalla torcia ai giocattoli, e naturalmente cellulari e pc: le pile elettriche ci permettono di usare tutti questi dispositivi senza cavi e senza fili.
In poche parole, quello che fanno le pile elettriche è convertire l’energia chimica immagazzinata al loro interno in energia elettrica. Ma vi siete mai chiesti come sono fatte dentro le pile elettriche e come funzionano? Vediamolo insieme.
Come sono fatte?
Gli elementi principali che compongono una pila elettrica sono un anodo (o polo negativo), un catodo (o polo positivo) ed una soluzione elettrolitica. L’anodo e il catodo sono tipicamente composti da metalli. La soluzione elettrolitica è un liquido o una sostanza gelatinosa che contiene particelle elettricamente cariche, gli ioni. A causa delle reazioni chimiche che avvengono all’interno della pila, l’anodo accumula elettroni. Poiché, come abbiamo già raccontato in un precedente articolo (https://metropolitanmagazine.it/scienza-divertente-lelettricita-statica/), gli elettroni sono carichi negativamente, questo genera una differenza di potenziale tra l’anodo e il catodo. Questa situazione è instabile dal punto di vista elettrico e gli elettroni cercano di riequilibrare la differenza: vorrebbero spostarsi verso la zona dove ce ne sono meno, il catodo. Tuttavia, la soluzione elettrolitica impedisce agli elettroni di spostarsi verso il catodo in modo diretto.
Come funzionano allora le pile?
Quando il circuito viene chiuso attraverso un “ filo conduttore” che connette anodo e catodo, gli elettroni possono finalmente spostarsi verso il catodo. Si genera così una corrente elettrica, che altro non è se non un flusso di elettroni. Questo, a sua volta, fornisce potenza elettrica a qualsiasi dispositivo si trovi lungo la strada. Immaginate di inserire delle pile alcaline, come le “stilo”, in una torcia. Quello che fate quando accendete la torcia è proprio chiudere il circuito! L’energia chimica contenuta nella pila si trasforma in corrente elettrica che entra nella torcia e la fa accendere, per poi rientrare dalla parte opposta della pila.
Perché le pile si scaricano?
Come potete ben immaginare, le reazioni elettrochimiche che avvengono all’interno della pila (tecnicamente si chiamano ossidoriduzioni) non sono eterne, poiché l’anodo e il catodo si modificano in seguito a questi processi. Ad un certo punto la pila “si scarica”.
È possibile, per alcune tipologie di pile, ricaricarle. In questo caso, si sfrutta una fonte di energia diversa, come ad esempio una presa di corrente alternata o un pannello solare per invertire il flusso di elettroni e ristabilire la situazione iniziale. Le reazioni elettrochimiche avvengono nella direzione opposta e riportano l’anodo e il catodo allo stato iniziale, ripristinando la “carica” della pila.
Quanti tipi di pile esistono?
Esistono molti tipi diversi di pile: comuni sono le pile a secco e le pile alcaline, utilizzate in moltissimi dispositivi. Ci sono poi le pile a bottone, per gli oggetti di piccole dimensioni come orologi e calcolatrici. Gli accumulatori al piombo sono utilizzati nelle automobili. Infine le batterie al litio ricaricabili sono quelle che forniscono energia a telefoni cellulari e computer portatili.
Quello che differenzia le pile è il loro voltaggio, cioè la capacità di sviluppare energia elettrica. E’ possibile aumentare il voltaggio di una pila, in altre parole la sua potenza, collegando più pile una in serie.
Se questo articolo vi è sembrato interessante e volete saperne di più, ma soprattutto se volete mettervi alla prova e costruire delle pile originali, non potete assolutamente perdervi il laboratorio di Scienza Divertente da Rec23 sabato 23 febbraio (http://www.rec23.com/eventi/). Realizzeremo pile elettriche di potenza sufficiente ad accendere delle lucine, utilizzando materiali semplici come il limone e la Cola.