Unidade UmDo Sol ao Aquecimento

Energia – do Sol para a Terra

Do Sol para a Terra

Sistema Termodinâmico – sistema constituído por um conjunto de muitas partículas onde pode haver variação significativa da sua energia interna.

Do Sol para a Terra A Terra é um sistema

termodinâmico onde a sua energia interna praticamente não varia, uma vez que a energia absorvida (proveniente do Sol) é praticamente igual à energia que emite para o espaço.

Do Sol para a Terra A Terra recebe energia directamente do

Sol sob a forma de radiação mas nem toda é absorvida pela Terra.

Cerca de 30% da energia solar que chega à Terra é reflectida na alta atmosfera (albedo da Terra).

Do Sol para a Terra Da restante energia, uma parte é

dispersa pelos constituintes da atmosfera, outra parte é absorvida por algumas partículas como o ozono, oxigénio e outros.

Uma parte da energia é reflectida pela superfície terrestre e a restante é absorvida.

Emissão de radiação A Terra é simultaneamente absorsora

e emissora de energia.

Tal como a Terra, todos os corpos emitem (irradiam) energia, embora nem todos o façam do mesmo modo.

Bons absorsores são também bons emissores.

Radiação emitida pelos corpos Todos os corpos radiam energia pois os

corpúsculos que os constituem estão em permanente agitação ocorrendo emissão de ondas electromagnéticas.

Como os átomos e as moléculas não oscilam todos da mesma maneira as ondas emitidas apresentam um espectro contínuo de frequências.

Radiação emitida pelos corpos

Todos os corpos emitem radiação num contínuo de c.d.o e o c.d.o para o qual

se dá a emissão com intensidade máxima depende da temperatura.

Radiação emitida pelos corpos A Intensidade da radiação térmica

emitida por um corpo é a energia emitida por unidade de tempo e por unidade de área desse corpo.

tAEI emitida

Radiação emitida pelos corpos Sabemos também que a potência é a

energia por unidade de tempo podemos relacionar a intensidade com a potência emitida:

API emitida

Radiação emitida pelos corpos A intensidade da radiação varia com a

quarta potência da temperatura absoluta – lei de Stefan-Boltzmann

4TI

Lei de Stefan-Boltzmann

P – potência emitida (W) e – emissividade - constante de Stefan-Boltzmann (5,6710-8 Wm-2K-4) T – temperatura absoluta (K) A – área (m2)

4... TAeP

Emissividade A emissividade (e) depende da natureza do

material e pode variar entre zero e um. A emissividade é nula (e=0) quando o corpo

apenas reflecte, não emite nem absorve. A emissividade é um (e=1) quando o corpo

absorve toda a radiação que sobre ele incide. Corpo negro (e=1) corpo que absorve toda a

radiação que sobre ele incide.

Lei de Stefan-Boltzmann Tendo em conta a expressão de Stefan-

Boltzmann, pode concluir-se que o poder emissor de um corpo depende:• Da natureza do corpo (e)• Da área exposta (A)• Da temperatura absoluta a que se encontra

Cuidado com as proporcionalidades na Lei de Stefan-Boltzmann

Lei do deslocamento de Wien A potência máxima emitida por um corpo

corresponde a uma dada zona do espectro electromagnético.

Conforme a temperatura a que se encontre, um corpo pode ou não emitir radiação visível e dentro dessa zona, a sua cor pode variar com a alteração da temperatura.

Lei do deslocamento de Wien A relação entre a temperatura e os

valores da radiação em que a potência irradiada é máxima, é dada pelo deslocamento de Wien.

O comprimento de onda da radiação correspondente à máxima potência irradiada é inversamente proporcional à temperatura absoluta do corpo.

Lei do deslocamento de Wien Matematicamente… duas grandezas

inversamente proporcionais tem-se que…

310898,2 constT

Lei do deslocamento de Wien Tendo em conta a temperatura média do

Sol e da Terra, verifica-se que o Sol apresenta o seu máximo de emissão na zona do visível enquanto que as radiações emitidas pela Terra se situam na zona do IV.

Lei do deslocamento de Wien O sol emite para além de radiações

visíveis, radiação IV e UV; o comprimento de onda para o qual é máxima a emissão, corresponde a radiações verdes.

A cor do Sol resulta da combinação do verde com radiações de c.d.o mais elevado (vermelhas) que também emite. Da combinação entre o verde e o vermelho obtemos a cor amarela que caracteriza o Sol.

Efeito de Estufa Parte das radiações IV emitidas pela Terra são

reenviadas para a Terra depois de serem reflectidas pelos gases de estufa.

Devido ao aumento da concentração dos gases de estufa (resultante do aumento das actividades humanas) o efeito de estufa tornou-se um problema ambiental dado que a temperatura média da Terra tem vindo a aumentar.

Balanço energético da Terra. Temperatura média da Terra A constante solar (S) é a energia

recebida, por unidade de tempo, sobre a unidade de superfície da Terra orientada perpendicularmente aos raios solares.

21370 WmS

Balanço energético da Terra. Temperatura média da Terra Só 70% da energia solar incidente é absorvida

pela Terra. A radiação solar que atinge a Terra

corresponde à recebida na base de um cilindro com o raio igual ao raio da Terra.

27,0 Tabsorvida rSP

Balanço energético da Terra. Temperatura média da Terra Contudo a Terra também emite cuja

potência emitida pode ser calculada pela Lei de Stefan-Boltzmann

424 TreP Temitida

Balanço energético da Terra. Temperatura média da Terra Considerando e=1 para a Terra e que a sua

temperatura média não devia variar muito dado que Pabsorvida = Pemitida

CKTPP

média

emitidaabsorvida

º18255

Balanço energético da Terra. Temperatura média da Terra

O valor calculado é mais baixo do que o observado para a temperatura média (15ºC). Esta diferença deve-se ao facto de não se considerar neste cálculo o Efeito de Estufa.