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Baterias – uma pequena história

O lago e as montanhas da antiga cidade de Como na Itália tem atraído ao longo do tempo poetas, artistas, turistas e personalidades diversas. Suas raízes estão ali preservadas através de construções que remontam ao período medieval da antiga Roma. E foi nessa pitoresca cidade, próxima a Milão, que nasceu, no dia 18 de fevereiro de 1745, Alessandro Giuseppe Antonio Anastacio Volta. Com dezoito anos de idade, o filho de Filippo e Maddalena Volta já se corrrespondia com importantes estudiosos da eletricidade da época.

Durante os anos seguintes Volta desenvolveria diversas experiências com a eletricidade e a química.  Plantou as sementes do futuro telégrafo, deu o “passe” para Lavoisier estabelecer a composição da água em hidrogênio / oxigênio e descobriu o gás metano. Mas sua criação mais importante foi a pilha elétrica, curiosamente nascida de uma longa controvérsia com outro cientista italiano, chamado Luigi Galvani. Volta queria provar que contrações musculares produzidas em rãs quando em contato com metais eram devido à eletricidade gerada pelo contato dos metais entre si através da pele da rã e não por uma “eletricidade animal” como propunha Galvani. Para provar sua tese, construiu uma pilha de pequenos discos alternados de zinco e cobre, separados por discos de tecido embebidos em água e sal.

Conhecida como pilha voltaica, foi o primeiro método prático de gerar eletricidade. Hoje em dia costuma-se utilizar os nomes “pilha” e “bateria” baseando-se no conceito de quantidade de células geradoras de eletricidade. Uma pilha comum é uma célula geradora de eletricidade. Uma bateria é um conjunto de pilhas(ou seja, células) conectadas entre si, montadas em um invólucro como se fosse uma “pilha” maior. Dessa forma é montada por exemplo a bateria de uma câmera de vídeo.

Pilhas e baterias podem ser conceituadas como dispositivos que produzem eletricidade através de reações químicas. Lavoisier com sua teoria do “nada se cria…. ” confirmaria: a reação química consome os reagentes com o tempo, ou seja, em um dado momento não existem mais reagentes e a pilha “gasta”.

Não se falava ainda na época de pilhas ou baterias recarregáveis e ao longo do tempo diversos pesquisadores foram introduzindo melhorias no processo de geração de energia dessas pilhas, para que a eletricidade fosse gerada tivesse uma duração maior. Assim por exemplo, o inglês Daniel em 1836 propôs o uso de sulfato de zinco e sulfato de cobre ao invés dos metais puros zinco e cobre utilizados por Volta.

No ano de 1859 o francês Plante criava a primeira bateria do tipo chumbo-ácido, a mesma utilizada tempos depois em praticamente toda a frota de automóveis e outros veículos no mundo. Sete anos depois outro francês, Leclanché, criava a primeira bateria de carbono-zinco. A bateria de Leclanché foi logo depois largamente utilizada nos sistemas de telégrafos, permitindo sua rápida expansão. Até essa época todas as baterias eram do tipo úmido, ou seja, empregavam líquidos em seu interior para propiciar a reação química que gerava energia. Algumas tentativas para criar-se pilhas ditas “secas” resultaram em dispositivos com diversos problemas, inferiores às baterias úmidas utilizadas na época.

Isso no entanto mudou a partir de 1881, quando o alemão Gassner conseguiu criar uma pilha seca utilizando zinco-carbono que seria comercializada com grande sucesso. A seguir, no decorrer dos anos, novas invenções foram-se sucedendo no campo das pilhas e baterias. Em 1899 o sueco Jungner criaria a primeira bateria recarregável de níquel-cádmio. Sim, a mesma utilizada muitas décadas após durante um período em quase todas as câmeras de vídeo. Isso mostra que na maioria das vezes existe um delay entre uma descoberta e sua aplicação prática: uma coisa é algo funcionar no laboratório, outra bem diferente é funcionar na casa do consumidor.

No ano de 1901 o famoso Thomas Edison (o mesmo da lâmpada e tantas outras invenções) também colocaria sua colher no campo das baterias, criando a primeira bateria alcalina. Edson gostava muito de automóveis, e sua intenção foi criar uma bateria para fazer funcionar estes veículos. Após 10 anos de um incansável trabalho em pesquisas e testes, sua bateria estava pronta, mas então o motor a gasolina já estava suficientemente desenvolvido, com um custo-benefício muito melhor do que a opção de tração elétrica com sua bateria. No entanto, seu invento foi aproveitado para iluminar vagões de trem, barcos, minas e outras aplicações. Quase 50 anos depois, o canadense Lew Urry, trabalhando no laboratório de pesquisa da Eveready Battery Co em Ohio, Canadá, conseguiu miniaturizar o invento de Edson, criando a primeira pilha alcalina, a mesma que hoje é vendida em padarias e supermercados.

Hoje em dia, o tipo de bateria mais utilizado nas camcorders é a de lithium-íon, cujo desenvolvimento teve início em 1912 com algumas tentativas frustradas do mesmo Lew Urry. Foi no entanto somente a partir da década de 70 que as baterias de lithium-íon, ainda não-recarregáveis, começaram a ser largamente comercializadas para fazer funcionar relógios, pequenas calculadoras e os primeiros mini-games. Em 1990 a tecnologia já estava pronta: surgiram as baterias recarregáveis de lithium-íon e também as de níquel-metal hidreto. No ano seguinte a Sony impulsionaria o uso da bateria de lithium-íon colocando-a em suas camcorders.

Volta recebeu diversas homenagens por seu invento: em reconhecimento ao seu trabalho, foi nomeado cavaleiro da legião de honra em 1805 por Napoleão. Recebeu ainda diversos outros títulos até se aposentar definitivamente em 1819. Em 1881, Volt passou a ser sinônimo de unidade elétrica de medida de voltagem.

Os tipos citados acima de baterias são somente os principais tipos que foram ou ainda são utilizados em câmeras fotográficas, cinematográficas ou de vídeo: em outros campos, diversos tipos diferentes de baterias foram criados.

A pesada bateria de chumbo-ácido utilizada em automóveis também já foi utilizada, entre inúmeras aplicações, para funcionar câmeras cinematográficas em externas. Tem com vantagens o custo relativamente baixo, a resistência a grandes variações de temperatura e a grande durabilidade. E como desvantagens seu peso, o consumo grande de tempo para ser totalmente carregada a partir da carga zero, a descarga rápida, a queda (pequena, porém constante) de voltagem durante sua utilização e o fato de não poder ser descarregada e recarregada totalmente com tanta frequência quanto os outros tipos de baterias.

As pilhas e baterias alcalinas são empregadas em lanternas, rádios, etc… e também como opção em câmeras mais simples. Foram utilizadas também nas câmeras cinematográficas do tipo 8mm ou Super-8. Tem como vantagens o custo muito baixo, o fato de serem encontradas com facilidade em qualquer lugar e sua durabilidade. E como desvantagem o fato da grande maioria dos modelos comercializados não poder ser recarregada.

A bateria de níquel-cádmio (NiCd) ficou conhecida por dois problemas: o chamado efeito memória e a poluição do meio ambiente. O primeiro ocorre quando, com a bateria ainda carregada, a voltagem cai abruptamente, sinalizando erroneamente ao aparelho que a está utilizando (uma câmera de vídeo por exemplo) que sua carga chegou ao fim, provocando o desligamento deste. Esta queda, que deveria ocorrer somente próximo ao ponto em que quase não resta mais nenhuma carga, pouco a pouco vai-se deslocando para pontos onde a bateria ainda está começando a ser descarregada.

O termo memória originou-se de um fenômeno semelhante (queda abrupta da voltagem com a bateria ainda carregada) que ocorria com baterias deste tipo instaladas em satélites; estas, sofriam um processo cíclico de carga-descarga, onde o tempo de carga era exatamente o mesmo que o de descarga. A NASA verificou que as baterias de alguma forma ‘lembravam’ o ponto até onde tinham sido descarregadas, porque a partir deste ponto, mesmo ainda com carga, ocorria a queda de voltagem.

Na realidade a utilização de baterias em câmeras de vídeo nada tem a ver com esta forma cíclica repetida de carga-descarga em tempos iguais dos satélites e o problema aqui também ocorre, mas por outra razão – embora tenha-se herdado o nome deste fenômeno nos satélites. A segunda causa deste efeito – e a que ocorre com as câmeras de vídeo que usam essas baterias – é acarretada por uma carga que se prolongou além do tempo necessário. O cuidado que se deve ter é não deixar baterias deste tipo no carregador além do tempo necessário para que se complete a carga (geralmente os carregadores possuem luzes indicativas de término de carga e alguns modelos de carregadores desligam-se automaticamente ao término deste processo – evitando o efeito – como carregadores de telefone sem fio p.ex). Se a bateria for mantida no carregador em funcionamento, o mesmo começará a provocar mudanças químicas na estrutura da mesma  fazendo com que ocorra o fenômeno.

Uma vez ocorrido o problema, a bateria pode ser recondicionada (recuperando-se sua estrutura química original) descarregando-a quase que totalmente e tornando-a a carregá-la. Porém este procedimento não deve ser efetuado sempre a cada utilização e sim esporadicamente, sob pena de encurtar o tempo de vida útil da bateria. Vantagens da bateria do tipo NiCd: potencial energético maior do que o da de chumbo-ácido, o que faz com que seja de 20 a 50% mais leve do que aquela, proporcionando um tempo de utilização superior para o mesmo peso. Não sofre queda de voltagem durante a utilização. Desvantagens: custo mais alto do que o da de chumbo-ácido, efeito memória e grande sensibilidade a extremos de temperatura: descarrega-se rapidamente com o frio e demora a carregar com o calor. E o segundo problema (além do efeito memória): é altamente tóxica para o meio ambiente devido ao metal cádmio.

A bateria de lithium-íon é a mais utilizada atualmente nas camcorders, tendo como vantagens o fato de descarregar-se muito lentamente quando armazenada carregada (em média 10% ao mês) e o curto tempo de recarga, além do pouco peso quando comparada aos demais tipos. Verificando a intensidade de corrente fornecida pela bateria, a maioria das câmeras consegue deduzir aproximadamente o estado de carga da mesma e exibí-lo, geralmente através de uma indicação gráfica no visor. Alguns modelos possuem um microprocessador embutido dentro da bateria que analisa continuamente o estado de carga da mesma e envia as informações para a câmera, permitindo assim atigir a precisão de minutos nessa indicação.

Baterias de níquel-metal-hidreto (NiMH) possuem características semelhantes às de NiCd, sem apresentar no entanto seus principais problemas. Foram largamente empregadas em telefones celulares – que, atuamente, estão também aderindo às de lithium-íon.

Desenvolvimentos tecnológicos recentes tem possibilitado a fabricação de câmeras que consomem menos energia, aumentando assim o tempo de uso da bateria. A pesquisa continua e novos tipos de baterias poderão um dia vir a ser utilizados nas câmeras, como as do tipo zinco-ar, que funcionam extraindo o oxigênio existente no ar para reagir com o zinco e produzir eletricidade. Seu princípio de funcionamento é semelhante ao das baterias alcalinas: enquanto nestas o oxigênio é fornecido por um componente interno (dióxido de manganês), nas baterias zinco-ar ele provém da atmosfera – por isso a bateria possui vários orifícios a seu redor. A NASA utiliza em suas espaçonaves baterias de níquel-hidrogênio, variação da bateria de niquel-cádmio onde o cádmio é substituído por hidrogênio comprimido em altíssimas pressões. Pode durar de 10 a 20 anos, mas é hoje extremamente cara para aplicações comerciais.

Na cidade de Como é possível visitar um museu em homenagem a Volta, o Templo Voltiano, onde vários instrumentos por ele utilizados podem ser vistos. Enquanto isso, mundo afora, milhares de câmeras e outros equipamentos funcionam com baterias derivadas da invenção do talentoso cientista italiano – com capacidade medida, claro, em Volts.

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