63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 4. Química - 1. Físico-Química

HIGROELETRICIDADE

Luís Henrique Simões 1 Telma Rie Doi Ducati 1 Fernando Galembeck 2

1. Depto de Físico Química - Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP 2. Prof. Dr./ Orientador - Depto de Físico Química - UNICAMP

INTRODUÇÃO:

Resultados recentes mostram que mudanças na umidade relativa do ar alteram os padrões de eletrização de dielétricos, permitindo a proposição de um novo modelo para a carga e descarga de isolantes e metais isolados, baseado na partição dos íons aquosos (OH-, H+) na interface sólido/ar. Este trabalho apresenta o novo fenômeno da higroeletricidade: certos metais, quando expostos a um ambiente com alta umidade relativa, adquirem carga elétrica espontaneamente, sendo o seu sinal e a sua magnitude dependentes do material utilizado.

METODOLOGIA:

Carga elétrica de metais isolados foi determinada usando um copo de Faraday: amostras metálicas foram colocadas no interior de um cilindro metálico aterrado, isolado da amostra por ar e polietileno. A amostra metálica e o cilindro externo são ligados a um eletrômetro Keithley 6514 conectado a um computador, para a medição de carga. O copo de Faraday é colocado no interior de uma caixa metálica aterrada e fechada, cuja atmosfera é estabelecida por um fluxo de nitrogênio que permite o controle da umidade pelo operador. Tanto a caixa metálica como o eletrômetro são colocados no interior de uma gaiola de Faraday. A carga elétrica no metal foi determinada em função do tempo, utilizando-se ciclos de variação de umidade com três etapas distintas: primeiramente, deixava-se circular na caixa apenas nitrogênio seco. Em seguida, a umidade era aumentada fazendo circular nitrogênio saturado com vapor de água. Por fim, interrompia-se a entrada de nitrogênio úmido, diminuindo a umidade relativa por meio da entrada de nitrogênio seco. Cada amostra foi submetida a duas ou mais séries de medidas deste tipo.

RESULTADOS:

Considerando-se que as amostras metálicas estavam todas isoladas e devidamente protegidas de interferências eletromagnéticas que pudessem gerar carga elétrica, seria de se esperar que nenhuma delas adquirisse carga elétrica em função do tempo. Embora alguns dos metais utilizados, como o latão e o cobre, apresentem o comportamento previsível independentemente da umidade ambiente, outras amostras metálicas, como o alumínio, o aço inox e o latão cromado apresentam um comportamento totalmente distinto. Durante a fase do experimento em que o metal é submetido a altas umidades relativas, ocorre um notável aumento da carga elétrica em função do tempo, sendo que o sinal da carga depende unicamente da natureza do metal. Esses mesmos metais, quando recobertos por óleo de silicone, apresentam comportamento similar ao do latão e do cobre, mostrando a dependência desse fenômeno com a interação superficial do metal com a água atmosférica. Esse efeito da umidade não foi anteriormente descrito na literatura, sendo chamado de higroeletricidade. Pode ser entendido considerando-se a formação de camadas de adsorção de água na superfície oxidada dos metais e das propriedades ácido-base dos óxidos metálicos nas superfícies de alumínio e outros metais.

CONCLUSÃO:

A adsorção de água na superfície de metais isolados causa a sua eletrização, mesmo em um ambiente eletricamente blindado (higroeletricidade). Este é um fenômeno inédito que permite a captura de cargas elétricas da atmosfera e pode vir a ser a base de uma alternativa “verde” para a geração de eletricidade, principalmente no trópico úmido. O mecanismo de geração das cargas elétricas proposto nesse trabalho deve permitir a sua extensão para um grande número de outros sistemas, em substituição aos metais.

Palavras-chave: Adsorção, Eletricidade, Metais.