Balano energtico

da Terra

Daniela Pinto

Balano Energtico da Terra

O Sol a principal fonte de energia da Terra (na forma de radiao eletromagntica).

Se a Terra absorvesse toda a radiao solar, a sua temperatura aumentava muito e no era possvel existir vida.

A temperatura mdia superfcie da Terra de 15 C (288 K) e este valor tem estado constante (no aumentou).

Isto acontece porque a Terra absorve energia do Sol, mas tambm emite energia.

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Daniela Pinto

Quando a radiao solar chega Terra:

30% refletida para o espao:

pela atmosfera (24%) pela superfcie (6%);

70% absorvida:

pelos gases da atmosfera (26%); pela superfcie (solo e gua) (44%).

.

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Albedo terrestre

Medida da refletividade da superfcie de um corpo.

Pode variar de 0 (escuro) a 1 (brilhante), quando no expresso em percentagem.

O albedo terrestre cerca de 30%.

Daniela Pinto

A radiao solar que atinge a superfcie da Terra aumenta a sua energia interna e a sua temperatura.

A superfcie da Terra emite radiao infravermelha.

A maior parte da radiao emitida pela superfcie absorvida pelos gases (principalmente vapor de gua e CO2) da atmosfera.

Estes gases emitem a radiao absorvida para a superfcie da Terra e para o espao.

A restante radiao emitida pela superfcie perde-se no espao.

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Radiao emitida

Daniela Pinto

A quantidade de energia solar que a Terra recebe = quantidade de

energia refletida e emitida para o espao.

Estes 70% + 30% (refletidos para o espao, pela atmosfera e pela superfcie), faz com que:

Cerca de 70% da energia da radiao solar que chega Terra emitida para o espao pela atmosfera e pela superfcie.

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Balano final

Daniela Pinto

Assim, a Terra est em

equilbrio trmico com o

espao, e por isso a

sua temperatura mdia

constante (15 C).

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Equilbrio trmico da Terra

Daniela Pinto

A absoro, reflexo e emisso de radiao dependem da superfcie (forma e tipo de material).

Poder de absoro - Capacidade que um corpo tem para absorver radiao.

Poder de emisso ou emissividade (e) - Capacidade que um corpo tem para emitir radiao. Pode ter valores entre 0 e 1.

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Absoro e Emisso de Energia

Radiao absorvida Radiao emitida

Daniela Pinto

Os corpos que no emitem radiao tm emissividade zero.

Os corpos que emitem o mximo de radiao a uma dada temperatura tm

emissividade um.

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Emissividade

Quando um corpo absorve e emite radiao no mesmo comprimento de onda:

Um baixo poder de absoro Um baixo poder de emisso

Um alto poder de absoro Um alto poder de emisso

Daniela Pinto

Cubo com 4 superfcies diferentes (preta, branca, polida e baa) e um

termmetro, que mede o aumento da temperatura do cubo ao longo do

tempo, quando uma das superfcies absorve radiao visvel.

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Cubo de Leslie

Daniela Pinto

O aumento da temperatura do cubo maior quando as superfcies preta e baa so iluminadas.

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Faces preta/branca, polida/baa

Quanto maior for o aumento da temperatura num corpo, devido a uma radiao,

maior o seu poder de absoro e o seu poder de emisso para essa radiao.

Daniela Pinto

A superfcie preta absorve muita radiao visvel, aquece mais e emite radiao infravermelha. um bom absorsor de radiao visvel e um bom emissor de radiao infravermelha.

A superfcie branca absorve pouca radiao visvel (reflete a maior parte e aquece menos) e emite radiao infravermelha.

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Face preta/branca

Daniela Pinto

Corpo terico que absorve e emite

toda a radiao incidente.

Tem emissividade 1

um emissor perfeito (emite a

mxima radiao possvel

temperatura a que se encontra).

Corpo negro

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Corpo negro

Os corpos no absorvem toda a radiao que incide sobre eles.

Daniela Pinto

Energia emitida por um corpo em cada unidade de tempo.

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Potncia irradiada

A potncia total irradiada por uma superfcie diretamente

proporcional rea da sua superfcie e quarta potncia da sua

temperatura absoluta:

= 4

=

=

= =

5,67 10821

=

=

Lei de Stefan-Boltzmann

Daniela Pinto

Quando um corpo absorve energia de uma radiao, a sua temperatura e a

sua potncia irradiada aumentam.

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Intensidade da radiao

Intensidade de radiao o valor do fluxo de energia por unidade de

rea por unidade de tempo. Como energia por unidade de tempo a

definio de potncia, podemos definir a intensidade de radiao, de forma

equivalente, como a potncia emitida por unidade de rea.

=

W/m2

Daniela Pinto

15

= 4

Lei de Stefan-Boltzmann

= 4

= 4

=

Daniela Pinto

Os corpos emitem radiao a qualquer temperatura, mas para cada temperatura h um comprimento de onda em que emisso de radiao mxima.

O comprimento de onda (mx

) do mximo de radiao emitida pelo corpo desloca-se para valores menores quando a temperatura (T) aumenta:

Se mx

diminui A temperatura aumenta

Se mx

aumenta A temperatura diminui

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Deslocamento de Wien

= = 2,9 103

Daniela Pinto

A cor da radiao emitida muda de vermelho, para amarelo e depois para

azul esbranquiado.

Quando um corpo aquece e emite luz visvel, a temperatura aumenta e mx

diminui.

A cor da radiao emitida varia com a temperatura do corpo.

Um corpo quente emite radiao com uma potncia maior do que um corpo

frio, mas o comprimento de onda da radiao mxima emitida 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:

=2,9 103

5780= 5,0 107

Este comprimento de onda corresponde potncia mxima emitida pelo

Sol e localiza-se na zona da luz visvel do espetro eletromagntico.

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Deslocamento de Wien

Daniela Pinto

A Terra apresenta uma temperatura de cerca de 288 K (15 C).

Pelo deslocamento de Wien:

=2,9 103

288= 1,0 105

Este comprimento de onda corresponde potncia mxima emitida pela

Terra e localiza-se na zona do infravermelho do espetro

eletromagntico.

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Deslocamento de Wien