Al giorno d’oggi la pila elettrica è un oggetto comunissimo, e ne diamo per scontata l’utilità ed il funzionamento.
Ma non tutti sanno molto sull’invenzione e sulle origini della pila elettrica!
E spesso nemmeno sul principio di funzionamento della batteria.
Diciamo che la maggior parte di noi si limita ad usare le batterie per alimentare una gran varietà di dispositivi, dai telecomandi alle torce elettriche, dai telefonini ai computer portatili, ad una moltitudine di apparecchi elettrici.
Vi sono molti tipi di batterie in commercio, tra cui alcune delle più comuni sono:
- pile alcaline: usate principalmente per alimentare giocattoli e dispositivi elettrici (torce, telecomandi, ecc.). Esiste anche la versione ricaricabile.
- pile al litio: utilizzate soprattutto per fotocamere, telefoni cellulari, tablet, laptop, ecc.
- pile all’argento: alimentano specialmente orologi, calcolatrici ed altri piccoli apparecchi elettrici.
- pile zinco aria: usate per strumenti elettrici a bassa potenza, quali ad esempio apparecchi acustici.
Altri tipi di pile sono oggi in disuso a causa degli svantaggi rispetto alle tipologie appena viste. Ad esempio non si utilizzano più le batterie allo zinco carbone (a causa del fatto che si scaricavano a riposo con maggiore facilità) e le pile al mercurio (a causa della loro tossicità).
Oggi sono molto diffusi anche caricabatterie portatili per ricaricare lo smartphone o il tablet quando siamo in viaggio. Perfino i caricabatterie senza fili sono ormai piuttosto comuni in molte delle nostre abitazioni.
Storia della Pila di Volta
L’inventore della pila è il nostro illustre connazionale Alessandro Volta, che studiò i risultati sulla corrente elettrica ottenuti da Luigi Galvani.
Volta creò la prima pila nel 1799, usando dischetti di rame e zinco, due fili di rame e pezzi di tessuto imbevuti di una soluzione di acido solforico ed acqua.
Sopra ad ogni dischetto di rame Volta pose un dischetto di zinco e poi uno strato di tessuto imbevuto. In questo modo la pila assunse la forma di un cilindro, che veniva tenuto assieme da una infrastruttura fatta di legno.
Infine Volta attaccò un filo di rame al primo dischetto ed un filo all’ultimo dischetto, e verificò che tra le due estremità vi era differenza di potenziale e quindi passaggio di corrente elettrica.
Successivamente la pila di Volta fu soggetta a molteplici evoluzioni, atte a migliorarne l’efficienza e la sicurezza. Tra le più famose reingegnerizzazioni vi sono le pile Daniell (1836) e le pile Weston (1893).
Come Funziona La Pila di Volta
Come abbiamo visto la pila di Volta è costituita da blocchi elementari costituiti da:
- un dischetto di rame
- un dischetto di zinco
- soluzione di acido solforico ed acqua
Questi tre elementi formano a tutti gli effetti una cella della batteria nella quale avvengono reazioni chimiche che creano la differenza di potenziale.
In particolare alcune delle molecole di acido solforico (H2SO4) una volta messe in acqua si dissociano in ioni H+ e SO4–. Quando anche i due metalli vengono messi in soluzione, cedono ioni Zn++ e Cu++ finché la cella elettrochimica non raggiunge l’equilibrio.
In situazione di equilibrio si ha che tanti ioni vengono ceduti dai metalli alla soluzione, quanti la soluzione ne cede ai metalli stessi.
A questo punto le due piastrine metalliche sono entrambe cariche negativamente rispetto alla soluzione acida, ma una delle due piastrine (quella di zinco) ha un potenziale comunque più elevato rispetto al dischetto di rame.
Questa è proprio la differenza di potenziale che caratterizza ogni elemento della pila di Volta, ed ecco perché se si collegano il primo dischetto in basso della pila con l’ultimo in alto tramite un cavo di materiale conduttore, si avrà passaggio di elettroni e quindi corrente elettrica!