2. A energia solar chega à Terra sob a forma de radiação
electromagnética, a qual se propaga no vazio com a velocidade de
3,00x108m/s.
A luz visível é uma pequena parte do espectro electromagnético,
que inclui desde ondas de rádio até raios gama.
A radiação electromagnética comporta-se como uma onda
electromagnética; é caracterizada pelo comprimento de onda (λ) e pela
frequência (f).
Todos os corpos irradiam energia.
A potência que um corpo irradia está relacionado com a sua
temperatura: P=eσAT4
3. O comprimento de onda da radiação mais abundante no espectro de
emissão de um corpo está também relacionado com a sua temperatura:
λpico=0,00290/T
Os corpos que melhor emitem são os que melhor absorvem.
4. A radiação solar que atinge a Terra é reflectida, difundida e
absorvida pela atmosfera. Parte desta energia atinge o solo.
5. A atmosfera terrestre difunde melhor a radiação visível com menor
comprimento de onda (a azul).
A absorção da radiação solar pela atmosfera depende das
substâncias que a constituem. O metano e o dióxido de carbono
absorvem a radiação.
6. A camada de ozono existente na estratosfera protege os seres
vivos.
O ozono que se encontra junto ao solo está associada a uma
poluição atmosférica intensa.
Um corpo está em equilíbrio térmico radiativo se absorve tanta
radiação como aquela que emite.
7. O efeito de estufa é responsável pelo facto de a temperatura à superfície
da Terra ser bastante superior à temperatura calculada, considerando o
equilíbrio térmico radiativo.
8. A presença de CO2, de CH4 e de H2O na atmosfera dos planetas provoca
aumento de temperatura, por efeito de estufa. O aumento da concentração
destas substâncias na atmosfera tem consequências no aquecimento global do
nosso planeta.
Os painéis solares permitem produzir energia eléctrica, a partir da
radiação solar que neles incide. Se cobríssemos todos os telhados
portugueses com painéis solares seria possível produzir a energia
eléctrica de que o país necessita.
9. Energia Solar
transfere-se por
pode ser aproveitada
por
Radiação Solar
para
Colectores Painéis
Terra + atmosfera Solares fotovoltaícos
a qual constituí na qual ocorre a
Sistema
Termodinâmico Absorção de Emissão de
radiação radiação
em responsáveis pela
Equilíbrio térmico
com a sua Balanço
Temperatura calculada
vizinhança energético
média da Terra por
10. Variação de temperatura porque há
Sistema termodinâmico
é
Receptor de energia é TERRA é Fonte de energia
está em
Equilíbrio Térmico
Temperatura média Lei Zero da
E fornecida = E emitida
constante Termodinâmica
11. TERRA é Receptor de energia
porque
Recebe energia do Sol
que é
Reflectida Absorvida
Dispersada
Aquecimento da
Terra Luminosidade
por
Camada alta da atmosfera
Visualização da
Radiação do albedo
Terra
Solo
12. TERRA é Fonte de energia
porque
Emite Energia
associada a
Potência total irradiada
relacionada com
determinada pela
Espectro
Electromagnético
Lei de Stefan-Boltzman
Deslocamento de Wien
λxT=constante P=eσAT4
13. ENERGIA – no
aquecimento e
arrefecimento de
sistemas
14. Mecanismos de transferência de Energia
O calor transfere-se entre sistemas que se encontram a temperaturas
diferentes.
Os mecanismos de transferência de energia como calor são a
condução e a convecção.
A condução
Ocorre sem transporte de matéria
Verifica-se nos corpos sólidos
É devido à colisão de electrões livres com iões
(positivos), originando um aumento da energia cinética interna
que é transmitida aos corpúsculos vizinhos.
15. A convecção
Ocorre com transporte de matéria
Verifica-se nos fluídos (corpos líquidos e gasosos)
É devido ao aumento da energia cinética interna, o que origina uma
expansão e diminuição da densidade.
O fluído menos denso (quente) sobre, obrigando o mais denso (frio) a
descer.
17. Capacidade térmica mássica
Q = c x m x Δθ
A variação de temperatura, experimentada pelo corpo, depende da
natureza e da massa da substância que o constitui e da quantidade de
calor, que lhe é fornecida.
c = Q/(mx Δθ)
A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual à
quantidade de energia que é necessário transferir para a massa de 1kg dessa
substância, para que esta experimente a variação de temperatura de 1k (ou de 1ºC).
A unidade no SI é J/(Kg.K)
18. Materiais condutores e isolantes de calor
Nem todos os materiais têm a mesma facilidade de transmitir a energia
como calor, por unidade de tempo. Por essa razão, os materiais classificam-
se em:
BONS CONDUTORES
Condutividade térmica elevada
Elevada taxa temporal de transmissão da energia como calor
MAUS CONDUTORES
Baixa condutividade térmica
Baixa taxa temporal de transmissão de energia como calor
19. Taxa temporal de calor
Ou quantidade de calor por unidade de tempo
Taxa temporal de calor = Q
Δt
20. Condutividade térmica
Os metais conduzem bem o calor. Os gases, a lã, o poliestireno
expandido e o material constituído por fibras de vidro são maus condutores.
Estes últimos exemplos contêm micro bolsas de ar na sua estrutura. A pedra
o betão são condutores intermédios. As pegas de plástico ou de
madeira, nas frigideiras e nas panelas, destinam-se a impedir que o calor
seja conduzido da peça metálica para a nossa mão.
Sob o ponto de vista térmico, os materiais são caracterizados pela
chamada condutividade térmica (K)
Verifica-se que a energia transferida, como calor, por unidade de
tempo, através de uma parede, é directamente proporcional à
área, A, inversamente proporcional à espessura da parede, L, e
directamente proporcional à diferença de temperatura, Δθ, existente entre o
21. Condutividade térmica
Q
KA
t L
Q – Energia transferida como calor - J
Δt – intervalo de tempo - s
θ2 θ1
K – condutividade térmica - W/(m.K)
L
A – área – m2
L – espessura – m
Δθ – variação de temperatura – K Δθ=θf-θi
22. Condutividade térmica
Q
UA
t
U – Coeficiente de condutividade térmica – W/(m2.K)
K
U
L
Se quisermos que a energia não seja conduzida através das
paredes, como por exemplo, nas habitações e nos frigoríficos, temos de
utilizar materiais com baixa condutividade térmica. O poliuterano e o
poliestireno são utilizados com essa finalidade.
23. 1º Lei da Termodinâmica
Através da lei da Conservação de Energia, sabe-se que sempre que
ocorre uma transformação e/ou transferência de energia esta conserva-se,
visto que um sistema cede energia e o outro recebe.
Os sistemas transferem energia entre si, através do calor (Q), trabalho
realizado (W) e emissão ou absorção de radiação (R), podendo só originar a
variação de energia interna.
Para que se continue a verificar a Lei da conservação da Energia:
ΔU=Q+W+R
Esta expressão traduz a 1ª Lei da termodinâmica.
24. 1º Lei da Termodinâmica
A energia transferida entre um sistema não isolado e a
vizinhança, como calor, trabalho ou radiação, é igual à variação de
energia interna do sistema.
Por convenção, considera-se que:
Toda a energia fornecida ao sistema é positiva (Q>0,W>0 e R>0)
Toda a energia cedida pelo sistema à vizinhança é negativa
(Q<0,W<0 e R<0)
25. 1º Lei da Termodinâmica
Transferências de energia que podem apenas traduzir variações
de energia interna dos sistemas.
Calor: se estiver a aquecer um gás num recipiente fechado Q=U
Trabalho: gás a ser comprimido com um êmbolo w=U
26. 1º Lei da Termodinâmica
A variação de energia interna pode ocorrer em situações específicas, onde
não se verifica transferência de energia como radiação, nomeadamente:
Transformação Variável de Verifica-se Variação de
estado constante energia interna
•Transformações em ΔU=W
Calor recipientes Q=0
Adiabática (compressão termodinamicamente R=0
rápida do ar isolados
numa bomba de •Compressão e
bicicleta) expansão de gases
•Compressão e ΔT=0 => ΔU=0
Isotérmica Temperatura expansão lenta de Q= -W
gases R=0
27. 1º Lei da Termodinâmica
Transformação Variável de Verifica-se Variação de
estado constante energia interna
•Aquecimento ou W= P x ΔV
arrefecimento de um ΔU= P x ΔV + Q
Isobárica Pressão líquido em sistema R=0
aberto
•Aquecimento ou ΔV=0 => W=0
Isocórica Volume arrefecimento de um ΔU=Q
líquido em sistema R=0
fechado e com
fronteira rígida
Quando há transferência de energia como radiação, esta pode ocorrer
conjuntamente, ou individualmente, quando o trabalho e o calor forem nulos.
W=0 e Q=0 => ΔU=R
28. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia
Os fenómenos naturais ocorrem espontaneamente num determinado
sentido. Embora a 1ª lei não proíba que o calor possa ser transferido,
espontaneamente de um corpo que está a temperatura mais baixa, para
outro que está a temperatura mais elevada, a verdade é que isso não
ocorre. Também não é possível embora a 1ª lei não o proíba, que um
sistema, cujas partículas estão desordenadas, evolua espontaneamente
para um estado em que elas fiquem ordenadas. A 2ª lei permite clarificar o
sentido em que os processos espontâneos evoluem.
29. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia
Devido à degradação da energia não é possível que um processo
espontâneo seja reversível sem a realização de trabalho da vizinhança
sobre o sistema, o que se traduz pela 2ª lei.
Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-se
sempre no sentido da diminuição da energia útil.
Processo espontâneo: ocorre sem que a vizinhança actue sobre o
sistema, realizando trabalho, transferindo calor ou radiação.
Processo reversível: ocorre de modo a que o sistema possa retomar o
estado anterior ao processo, sem alterar a energia do sistema e da
vizinhança.
30. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia
Postulada de Kelvin
Nenhum sistema termodinâmico que funcione de modo cíclico, pode
transferir calor de uma única fonte, transferindo-o integralmente em
trabalho.
Há sempre degradação de energia!
31. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia
Postulada de Clausius
É impossível transferir calor, espontaneamente, de um sistema a
temperatura mais baixa para outro a temperatura mais alta.
Só ocorre se for PROCESSO
realizado trabalho ESPONTANEO
Ex: frigorífico
Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-se
sempre no sentido da diminuição da energia útil.
32. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia
Entropia
Uma nova variável de estado termodinâmica. Mede a desordem de um
sistema.
Rendimento de uma máquina térmica é igual ao quociente entre o
trabalho realizado pela máquina e a energia que a máquina recebe como
calor, através da fonte quente.
W|
x100 %
Qq
