Balanço energético
da Terra
Daniela Pinto
Balanço Energético da Terra
O Sol é a principal fonte de energia da Terra (na forma de radiação eletromagnética).
Se a Terra absorvesse toda a radiação solar, a sua temperatura aumentava muito e não era possível existir vida.
A temperatura média à superfície da Terra é de 15 °C (288 K) e este valor tem estado constante (não aumentou).
Isto acontece porque a Terra absorve energia do Sol, mas também emite energia.
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Daniela Pinto
Quando a radiação solar chega à Terra:
30% é refletida para o espaço:
• pela atmosfera (24%)
• pela superfície (6%);
70% é absorvida:
• pelos gases da atmosfera (26%);
• pela superfície (solo e água) (44%). .
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Albedo terrestre
Medida da refletividade da superfície de um corpo.
Pode variar de 0 (escuro) a 1 (brilhante), quando não expresso em percentagem.
O albedo terrestre é cerca de 30%.
Daniela Pinto
A radiação solar que atinge a superfície da Terra aumenta a sua energia interna e a sua temperatura.
A superfície da Terra emite radiação infravermelha.
A maior parte da radiação emitida pela superfície é absorvida pelos gases (principalmente vapor de água e CO2) da atmosfera.
Estes gases emitem a radiação absorvida para a superfície da Terra e para o espaço.
A restante radiação emitida pela superfície perde-se no espaço.
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Radiação emitida
Daniela Pinto
A quantidade de energia solar que a Terra recebe = quantidade de
energia refletida e emitida para o espaço.
Estes 70% + 30% (refletidos para o espaço, pela atmosfera e pela superfície), faz com que:
Cerca de 70% da energia da radiação solar que chega à Terra é emitida para o espaço pela atmosfera e pela superfície.
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Balanço final
Daniela Pinto
Assim, a Terra está em
equilíbrio térmico com o
espaço, e por isso a
sua temperatura média
é constante (15 ºC).
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Equilíbrio térmico da Terra
Daniela Pinto
A absorção, reflexão e emissão de radiação dependem da superfície (forma e tipo de material).
Poder de absorção - Capacidade que um corpo tem para absorver radiação.
Poder de emissão ou emissividade (e) - Capacidade que um corpo tem para emitir radiação. Pode ter valores entre 0 e 1.
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Absorção e Emissão de Energia
Radiação absorvida Radiação emitida
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Os corpos que não emitem radiação têm emissividade zero.
Os corpos que emitem o máximo de radiação a uma dada temperatura têm
emissividade um.
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Emissividade
Quando um corpo absorve e emite radiação no mesmo comprimento de onda:
Um baixo poder de absorção → Um baixo poder de emissão
Um alto poder de absorção → Um alto poder de emissão
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Cubo com 4 superfícies diferentes (preta, branca, polida e baça) e um
termómetro, que mede o aumento da temperatura do cubo ao longo do
tempo, quando uma das superfícies absorve radiação visível.
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Cubo de Leslie
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O aumento da temperatura do cubo é maior quando as superfícies preta e baça são iluminadas.
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Faces preta/branca, polida/baça
Quanto maior for o aumento da temperatura num corpo, devido a uma radiação,
maior é o seu poder de absorção e o seu poder de emissão para essa radiação.
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A superfície preta absorve muita radiação visível, aquece mais e emite radiação infravermelha. É um bom absorsor de radiação visível e um bom emissor de radiação infravermelha.
A superfície branca absorve pouca radiação visível (reflete a maior parte e aquece menos) e emite radiação infravermelha.
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Face preta/branca
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Corpo teórico que absorve e emite
toda a radiação incidente.
Tem emissividade 1
É um emissor perfeito (emite a
máxima radiação possível à
temperatura a que se encontra).
Corpo negro
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Corpo negro
Os corpos não absorvem toda a radiação que incide sobre eles.
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Energia emitida por um corpo em cada unidade de tempo.
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Potência irradiada
A potência total irradiada por uma superfície é diretamente
proporcional à área da sua superfície e à quarta potência da sua
temperatura absoluta:
𝑃 = 𝑒 × 𝜎 × 𝐴 × 𝑇4
𝑃 = 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑖𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑑𝑎
𝑒 = 𝑒𝑚𝑖𝑠𝑠𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒
𝜎 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑆𝑡𝑒𝑓𝑎𝑛 − 𝐵𝑜𝑙𝑡𝑧𝑚𝑎𝑛𝑛 =
5,67 × 10−8𝑊𝑚−2𝐾−1
𝐴 = á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓í𝑐𝑖𝑒
𝑇 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
Lei de Stefan-Boltzmann
Daniela Pinto
Quando um corpo absorve energia de uma radiação, a sua temperatura e a
sua potência irradiada aumentam.
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Intensidade da radiação
Intensidade de radiação é o valor do fluxo de energia por unidade de
área por unidade de tempo. Como energia por unidade de tempo é a
definição de potência, podemos definir a intensidade de radiação, de forma
equivalente, como a potência emitida por unidade de área.
𝐼 =𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
W/m2
Daniela Pinto
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𝑃 = 𝑒 × 𝜎 × 𝐴 × 𝑇4
Lei de Stefan-Boltzmann
𝑃
𝐴= 𝑒 × 𝜎 × 𝑇4
⇔ 𝐼 = 𝑒 × 𝜎 × 𝑇4
𝐼 =𝑃
𝐴
Daniela Pinto
Os corpos emitem radiação a qualquer temperatura, mas para cada temperatura há um comprimento de onda em que emissão de radiação é máxima.
O comprimento de onda (λmáx
) do máximo de radiação emitida pelo corpo desloca-se para valores menores quando a temperatura (T) aumenta:
Se λmáx
diminui → A temperatura aumenta
Se λmáx
aumenta → A temperatura diminui
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Deslocamento de Wien
𝜆𝑚á𝑥 × 𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 2,9 × 10−3𝑚𝐾
Daniela Pinto
A cor da radiação emitida muda de vermelho, para amarelo e depois para
azul esbranquiçado.
Quando um corpo aquece e emite luz visível, a temperatura aumenta e λmáx
diminui.
A cor da radiação emitida varia com a temperatura do corpo.
Um corpo quente emite radiação com uma potência maior do que um corpo
frio, mas o comprimento de onda da radiação máxima emitida é menor.
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Comprimento de onda vs temperatura
Daniela Pinto
O Sol apresenta uma temperatura de cerca de 5780 K.
Pelo deslocamento de Wien:
𝜆𝑚á𝑥 =2,9 × 10−3
5780= 5,0 × 10−7𝑚
Este comprimento de onda corresponde à potência máxima emitida pelo
Sol e localiza-se na zona da luz visível do espetro eletromagnético.
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Deslocamento de Wien
Daniela Pinto
A Terra apresenta uma temperatura de cerca de 288 K (15 ºC).
Pelo deslocamento de Wien:
𝜆𝑚á𝑥 =2,9 × 10−3
288= 1,0 × 10−5𝑚
Este comprimento de onda corresponde à potência máxima emitida pela
Terra e localiza-se na zona do infravermelho do espetro
eletromagnético.
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Deslocamento de Wien
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