Ficha Formativa Energia do Sol para a Terra

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1 ACTIVIDADE PRÁCTICA DE SALA DE AULA FÍSICA 10.º ANO TURMA A Ficha Formativa Energia do Sol para a Terra 1. Na figura seguinte estão representados os espectros térmicos de dois corpos negros, na zona do infravermelho. Figura 1 Sabendo que o corpo A está a uma temperatura mais elevada do que o corpo B, responda às seguintes questões. 1.1 Faça a correspondência entre cada um dos espectros apresentados na figura e os corpos A e B. Corpo A 1 Corpo B Indique justificando, qual dos corpos é melhor fonte de aquecimento. A área abaixo das curvas 1 e 2 dá nos a intensidade total da radiação emitida para cada corpo à respectiva temperatura. A área abaixo da curva 1 é maior do que a área abaixo da curva 2, logo a intensidade total da radiação emitida pelo corpo A é maior do que a intensidade total da radiação emitida pelo corpo B. Como o corpo A emite maior quantidade de energia por unidade de área e por unidade tempo do que o corpo B então é uma melhor fonte de aquecimento. 1.3 Indique as afirmações falsas, corrigindo as. (A) As partículas constituintes do corpo A emitem radiação electromagnética com menor frequência que as partículas constituintes do corpo B. Falsa. As partículas constituintes do corpo B emitem radiação electromagnética com maior frequência do que as partículas constituintes do corpo A. (B) O comprimento de onda correspondente à radiação de máxima intensidade é inversamente proporcional à temperatura absoluta dos corpos. (C) Os corpos A e B apresentam uma emissividade igual à unidade. 1

2 2. Por se encontrarem a uma determinada temperatura, todos os corpos emitem um conjunto de radiações electromagnéticas. A radiação emitida apresenta um máximo de intensidade para um determinado comprimento de onda, máx. Completa a seguinte tabela. Corpo Temperatura máx Planeta Mercúrio 623 K... m Terra... C 10,1 m Resistência de um forno 250 C...nm Planeta Neptuno...K 50,8 x 10 3 nm Sol 5800 K...nm Tabela 1 á Planeta Mercúrio: á, Terra: ,1 2, , Resistência de um forno: á, ,54 10 Planeta Neptuno: ,8 10, 1,01 10,, 5,08 10 Sol: 2,898 10, 5,

3 á, ,996 10,, 3. O orifício da fechadura de um armário tem a área de 1,0 cm 2 e a sua temperatura é igual à do interior do armário, 22 C. Quantos kj estão a ser irradiados pelo orifício da fechadura, em cada segundo, sabendo que este actua como um corpo negro ,0 0, , , ,3 10 4, ,3 10, 4. O gráfico abaixo representa a radiância espectral (potência da radiação emitida por unidade de área em cada comprimento de onda) para três estrelas A, B e C a temperaturas diferentes que se comportam como um corpo negro. As temperaturas das estrelas são 3200 K, 5800 K e 7000 K. Figura Identifique os valores das temperaturas das estrelas A, B e C. Estrela A 3200 K Estrela B 5800 K Estrela C 7000 K 4.2 Estabeleça a correspondência entre as temperaturas das estrelas e as cores de cada estrela K Amarela 5800 K Vermelha 7000 K Azul 3

4 4.3 Selecciona a opção correcta. Os comprimentos de onda para os quais é máxima a radiância espectral das estrelas a 5800 K e 7000 K relacionam se entre si por: (A) á á (B) á á (C) á á (D) á á á á á (B) á 7000 á Indique as afirmações falsas, corrigindo as. (A) O gráfico do espectro da radiação térmica permite obter a energia emitida pela estrela com um dado comprimento de onda. Falsa. O gráfico do espectro da radição térmica permite obter a energia por unidade de tempo e por unidade de área emitida pela estrela com um dado comprimento de onda (B) Um corpo negro é o melhor absorsor e o melhor emissor. (C) A intensidade da radiação emitida por uma estrela é directamente proporcional à quarta potência da temperatura absoluta superficial da estrela. (D) A emissividade de uma estrela é próxima de 1. (E) O máximo da curva do espectro da radiação térmica desloca se para maiores comprimentos de onda quando a temperatura aumenta. Falsa. O máximo da curva do espectro da radiação térmica desloca se para menores comprimentos de onda quando a temperatura aumenta 4

5 5. Um leitor de CD ROM utiliza um laser que opera a 3,84 x Hz, com uma potência média de 5 mw; um laser de díodo utilizado na tecnologia DVD opera a 650 nm, com uma potência média de 8 mw; a tecnologia Blu ray Disc utiliza um laser que opera a 7,40 x Hz. 5.1 Identifique a região do espectro electromagnético em que operam cada um destes lasers. Consultar o espectro electromagnético CD ROM: Infravermelho DVD Visível Blu ray Disc Visível 5.2 Indique se possível a cor da radiação emitida por cada um dos lasers DVD 650 Vermelho Blu ray Disc Cor Comprimento de onda/nm Violeta Azul Verde Amarelo Laranja Vermelho Tabela 2 3, , ,05 10 Violeta 405 nm 3, , , Comente a seguinte afirmação: Não se pode concluir que o laser utilizado na tecnologia Blu ray Disc apresente, necessariamente, uma potência média maior do que o laser de um leitor de CD ROM A frase está correcta, porque embora a frequência do laser do Blu ray Disc seja maior do que a frequência do laser do CD ROM, nada sabemos quanto à amplitude destes, e portanto nada podemos concluir quanto às respectivas energias. 6. Duas estrela X e Y têm temperaturas superficiais de 6000 K e 3000 K respectivamente. 6.1 Uma estrela pode apresentar diferentes cores consoante a temperatura a que se encontra. Associe as temperaturas indicadas na figura abaixo a cada uma das seguintes cores: amarelo; amarelo alaranjado; amarelo esbranquiçado; vermelho. 5

6 Figura K Amarelo Esbranquiçado 5000 K Amarelo 4000 K Amarelo Alanjado 3000 K Vermelho 6.2 Qual é a cor de cada uma das estrela X e Y? X Amarelo Esbranquiçado Y Vermelho 6.3 Relacione as intensidades da radiações emitidas pelas duas estrelas X e Y A intensidade da radiação emitida pela estrela X é 16 vezes maior do que a intensidade da radiação emitida pela estrela Y 6.4 Qual é o comprimento de onda correspondente à intensidade máxima irradiada pela estrela X? á, á, 6.5 Qual é a potência da radiação emitida pela estrela X ( raio estrela X = 6,96 X 10 8 m)? Considerar a área da superfície da estrela como a área de uma superfície esférica 4 46,9610 6, , , , 6.6 Será possível a estrela Y, mais fria, emitir a mesma potência de radiação do que a estrela X, mais quente? Justifique

7 OU 2 16 Em 6.3 vimos que 16 Então Sim, se a área da superfície da estrela Y for 16 vezes maior do que a área da superfície a da estrela X 7. As estrelas são muitas vezes classificadas pela sua cor. O gráfico abaixo representa a intensidade da radiação emitida por uma estrela, a determinada temperatura, em função do comprimento de onda da radiação emitida. 290 Figura Indique a cor da radiação visível emitida com maior intensidade pela estrela. Violeta (a radiação visível de maior intensidade é a radição na gama do visível de menor comprimento de onda porque no caso deste corpo, a uma determinada temperatura, a intensidade da radiação emitida na gama do visível aumenta para comprimentos de onda menores) 7.2 Calcule a temperatura da estrela. á , , ,90 10, 7

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