Unidade I - Resumo - Prof. Paula - Fisica - Escola S. S. Pedro

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  • 1. ENERGIA do SOL para aTERRA

2. A energia solar chega Terra sob a forma de radiaoelectromagntica, a qual se propaga no vazio com a velocidade de3,00x108m/s.A luz visvel uma pequena parte do espectro electromagntico,que inclui desde ondas de rdio at raios gama. A radiao electromagntica comporta-se como uma ondaelectromagntica; caracterizada pelo comprimento de onda () e pelafrequncia (f). Todos os corpos irradiam energia. A potncia que um corpo irradia est relacionado com a suatemperatura: P=eAT4 3. O comprimento de onda da radiao mais abundante no espectro deemisso de um corpo est tambm relacionado com a sua temperatura:pico=0,00290/T Os corpos que melhor emitem so os que melhor absorvem. 4. A radiao solar que atinge a Terra reflectida, difundida eabsorvida pela atmosfera. Parte desta energia atinge o solo. 5. A atmosfera terrestre difunde melhor a radiao visvel com menorcomprimento de onda (a azul). A absoro da radiao solar pela atmosfera depende dassubstncias que a constituem. O metano e o dixido de carbonoabsorvem a radiao. 6. A camada de ozono existente na estratosfera protege os seresvivos.O ozono que se encontra junto ao solo est associada a umapoluio atmosfrica intensa.Um corpo est em equilbrio trmico radiativo se absorve tantaradiao como aquela que emite. 7. O efeito de estufa responsvel pelo facto de a temperatura superfcieda Terra ser bastante superior temperatura calculada, considerando oequilbrio trmico radiativo. 8. A presena de CO2, de CH4 e de H2O na atmosfera dos planetas provocaaumento de temperatura, por efeito de estufa. O aumento da concentraodestas substncias na atmosfera tem consequncias no aquecimento global donosso planeta. Os painis solares permitem produzir energia elctrica, a partir daradiao solar que neles incide. Se cobrssemos todos os telhadosportugueses com painis solares seria possvel produzir a energiaelctrica de que o pas necessita. 9. Energia Solar transfere-se por pode ser aproveitada por Radiao Solar para Colectores PainisTerra + atmosfera Solaresfotovoltacosa qual constitu na qual ocorre aSistema TermodinmicoAbsoro de Emisso de radiaoradiaoemresponsveis pelaEquilbrio trmico com a sua Balano Temperaturacalculada vizinhana energticomdia da Terra por 10. Variao de temperaturaporque hSistema termodinmicoReceptor de energia TERRA Fonte de energia est emEquilbrio TrmicoTemperatura mdiaLei Zero daE fornecida = E emitida constante Termodinmica 11. TERRA Receptor de energiaporqueRecebe energia do Solque ReflectidaAbsorvidaDispersada Aquecimento da Terra LuminosidadeporCamada alta da atmosfera Visualizao da Radiao do albedoTerraSolo 12. TERRA Fonte de energiaporqueEmite Energiaassociada aPotncia total irradiadarelacionada com determinada pela Espectro ElectromagnticoLei de Stefan-BoltzmanDeslocamento de Wien xT=constanteP=eAT4 13. ENERGIA no aquecimento earrefecimento desistemas 14. Mecanismos de transferncia de Energia O calor transfere-se entre sistemas que se encontram a temperaturasdiferentes.Os mecanismos de transferncia de energia como calor so aconduo e a conveco.A conduoOcorre sem transporte de matriaVerifica-se nos corpos slidosdevido coliso de electres livres com ies(positivos), originando um aumento da energia cintica internaque transmitida aos corpsculos vizinhos. 15. A conveco Ocorre com transporte de matria Verifica-se nos fludos (corpos lquidos e gasosos) devido ao aumento da energia cintica interna, o que origina uma expanso e diminuio da densidade. O fludo menos denso (quente) sobre, obrigando o mais denso (frio) a descer. 16. TemperaturaEscala Celsius (C)Escala termodinmica ou escala absolutaNo SI a temperatura mede-se em Kelvin (K)=T-273,15=T 17. Capacidade trmica mssica Q = c x m x A variao de temperatura, experimentada pelo corpo, depende danatureza e da massa da substncia que o constitui e da quantidade decalor, que lhe fornecida.c = Q/(mx ) A capacidade trmica mssica de uma substncia numericamente igual quantidade de energia que necessrio transferir para a massa de 1kg dessasubstncia, para que esta experimente a variao de temperatura de 1k (ou de 1C).A unidade no SI J/(Kg.K) 18. Materiais condutores e isolantes de calorNem todos os materiais tm a mesma facilidade de transmitir a energiacomo calor, por unidade de tempo. Por essa razo, os materiais classificam-se em: BONS CONDUTORES Condutividade trmica elevada Elevada taxa temporal de transmisso da energia como calor MAUS CONDUTORES Baixa condutividade trmica Baixa taxa temporal de transmisso de energia como calor 19. Taxa temporal de calorOu quantidade de calor por unidade de tempoTaxa temporal de calor = Q t 20. Condutividade trmicaOs metais conduzem bem o calor. Os gases, a l, o poliestirenoexpandido e o material constitudo por fibras de vidro so maus condutores.Estes ltimos exemplos contm micro bolsas de ar na sua estrutura. A pedrao beto so condutores intermdios. As pegas de plstico ou demadeira, nas frigideiras e nas panelas, destinam-se a impedir que o calorseja conduzido da pea metlica para a nossa mo. Sob o ponto de vista trmico, os materiais so caracterizados pelachamada condutividade trmica (K) Verifica-se que a energia transferida, como calor, por unidade detempo, atravs de uma parede, directamente proporcional rea, A, inversamente proporcional espessura da parede, L, edirectamente proporcional diferena de temperatura, , existente entre o 21. Condutividade trmica Q KA t LQ Energia transferida como calor - Jt intervalo de tempo - s 21K condutividade trmica - W/(m.K)LA rea m2L espessura m variao de temperatura K=f-i 22. Condutividade trmica Q UA tU Coeficiente de condutividade trmica W/(m2.K)K UL Se quisermos que a energia no seja conduzida atravs dasparedes, como por exemplo, nas habitaes e nos frigorficos, temos deutilizar materiais com baixa condutividade trmica. O poliuterano e opoliestireno so utilizados com essa finalidade. 23. 1 Lei da TermodinmicaAtravs da lei da Conservao de Energia, sabe-se que sempre queocorre uma transformao e/ou transferncia de energia esta conserva-se,visto que um sistema cede energia e o outro recebe. Os sistemas transferem energia entre si, atravs do calor (Q), trabalhorealizado (W) e emisso ou absoro de radiao (R), podendo s originar avariao de energia interna. Para que se continue a verificar a Lei da conservao da Energia: U=Q+W+REsta expresso traduz a 1 Lei da termodinmica. 24. 1 Lei da TermodinmicaA energia transferida entre um sistema no isolado e avizinhana, como calor, trabalho ou radiao, igual variao deenergia interna do sistema. Por conveno, considera-se que: Toda a energia fornecida ao sistema positiva (Q>0,W>0 e R>0) Toda a energia cedida pelo sistema vizinhana negativa (Q U=R 28. 2 Lei da Termodinmica Degradao da EnergiaOs fenmenos naturais ocorrem espontaneamente num determinadosentido. Embora a 1 lei no proba que o calor possa ser transferido,espontaneamente de um corpo que est a temperatura mais baixa, paraoutro que est a temperatura mais elevada, a verdade que isso noocorre. Tambm no possvel embora a 1 lei no o proba, que umsistema, cujas partculas esto desordenadas, evolua espontaneamentepara um estado em que elas fiquem ordenadas. A 2 lei permite clarificar osentido em que os processos espontneos evoluem. 29. 2 Lei da Termodinmica Degradao da Energia Devido degradao da energia no possvel que um processoespontneo seja reversvel sem a realizao de trabalho da vizinhanasobre o sistema, o que se traduz pela 2 lei. Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza do-sesempre no sentido da diminuio da energia til. Processo espontneo: ocorre sem que a vizinhana actue sobre osistema, realizando trabalho, transferindo calor ou radiao. Processo reversvel: ocorre de modo a que o sistema possa retomar oestado anterior ao processo, sem alterar a energia do sistema e davizinhana. 30. 2 Lei da Termodinmica Degradao da Energia Postulada de KelvinNenhum sistema termodinmico que funcione de modo cclico, podetransferir calor de uma nica fonte, transferindo-o integralmente emtrabalho. H sempre degradao de energia! 31. 2 Lei da Termodinmica Degradao da EnergiaPostulada de Clausius impossvel transferir calor, espontaneamente, de um sistema atemperatura mais baixa para outro a temperatura mais alta.S ocorre se for PROCESSOrealizado trabalho ESPONTANEOEx: frigorfico Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza do-se sempre no sentido da diminuio da energia til. 32. 2 Lei da Termodinmica Degradao da EnergiaEntropiaUma nova varivel de estado termodinmica. Mede a desordem de umsistema.Rendimento de uma mquina trmica igual ao quociente entre otrabalho realizado pela mquina e a energia que a mquina recebe comocalor, atravs da fonte quente. W| x100 %Qq