EMISSÃO e ABSORÇÃO de radiação

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1 EMISSÃO e ABSORÇÃO de radiação

2 a EMISSÃO ocorre quando um elétron de um átomo salta de uma órbita superior para uma inferior (fundamentalização): um fóton é emitido (produzido). e - e - + n 2, E 2 n 1, E 1 fóton hf = E 2 - E 1 a ABSORÇÃO ocorre quando um fóton faz um elétron de um átomo saltar de uma órbita inferior para uma superior (excitação): um fóton é absorvido. fóton E = hf e - E=hf

3 Gases rarefeitos emitem (produzem) apenas alguns comprimentos de onda (raias), correspondentes às diferenças de energia presentes na sua estrutura atômica Comprimindo o gás, campos de força elétrica de átomos vizinhos se mesclam, alterando as relações energéticas dentro dos átomos e, assim, as energias dos fótons emitidos 12,1 ev 103 nm ev 97 nm 12,8 0,67 ev 1870 nm 10,2 ev 122 nm 10,2 ev 1,89 ev 0,67 ev ,56 ev 486 nm 1,89 ev 656 nm

4 gás rarefeito (raias) absortividade comprimento de onda (nm) gás comprimido (raias difusas) absortividade comprimento de onda (nm) sólidos, líquidos (contínuo) comprimento da onda (nm)

5 A capacidade de uma superfície absorver determinada energia (na forma de um fóton) é igual à sua capacidade de emitir a mesma energia (ou comprimento de onda): Lei de Kirchhoff: ε λ = a λ Emissividade e Absortividade são propriedades da superfície a Absorção é resultado da radiação incidente e da absortividade; a Emissão é resultado da temperatura do corpo e da emissividade

6 Um corpo negro é um corpo hipotético cuja absortividade é máxima (= 1) para qualquer λ. Sendo assim, sua emissividade também é máxima e a emissão depende apenas da temperatura Como os corpos negros emitem... Planck: E λ 2 2πc h 1 =. 5 hc / λkt λ e γ X UV visível ( nm) Infravermelho ondas longas radiação terrestre Emitância (MW.m -2.mm -1 ) K = Sol 2400 K = Lâmpada incandescente 288 K = Terra comprimento da onda (µm)

7 Um corpo real emite menos que um corpo negro à mesma temperatura: E λ,corpo real = ε λ.e λ,corpo negro ; 0 ε λ 1

8 O espectro de emissão do Sol é muito parecido ao de um corpo negro a 5800 K, portanto, sua emissividade está muito próxima a 1 na maioria dos comprimentos de onda.

9 A EMISSIVIDADE é a propriedade de uma superfície que descreve sua capacidade relativa de emitir radiação térmica, em função do comprimento de onda, tendo como referência o corpo negro, cuja emissividade é igual à unidade. A EMISSIVIDADE em determinado comprimento de onda é igual à ABSORTIVIDADE Emissividade Emissividade = Absortividade comprimento da onda (nm)

10 Assim, se um corpo negro a duas temperaturas diferentes tem os seguintes espectros de emissão Emitância (kw m -2 nm -1 ) K 5800 K Emissão corpo negro (ε = 1) Stefan-Boltzmann: q = εσ T 4 Wien: λ max = ω /T comprimento da onda (nm)

11 o corpo real apresentará uma emissão reduzida naqueles comprimentos de onda onde sua emissividade é menor do que 1. Emissividade Emitância (kw m -2 nm -1 ) comprimento da onda (nm) Emissividade Emissão corpo real em duas temperaturas comprimento da onda (nm)

12 A emissão terrestre, isto é, a emissão por superfícies a temperaturas entre K, ocorre predominantemente em comprimentos de onda ao redor de 10 µm (ondas longas), com densidade de fluxo total da ordem de 400 W m K = 30 C q = 480 W m -2 Emitância (W.m -2.mm -1 ) K = 0 C q = 310 W m K = 15 C q = 390 W m comprimento da onda (µm)

13 Assim, a emissividade de interesse para a emissão terrestre é a emissividade para os comprimentos de onda ao redor de 10 µm, pois essa é a faixa onde a emissão ocorre. Observa-se que essa emissividade não tem relação com a absortividade da radiação visível das mesmas superfícies! Emissividade Emissividade neve 0.8 folha de eucalipto Comprimento de onda (µm) Comprimento de onda (µm) Emissividade Emissividade solo areia Comprimento de onda (µm) Comprimento de onda (µm)

14 a EMISSIVIDADE de interesse é aquela válida para as ondas longas, normalmente próxima a 1 ( 0,95), ou seja, em relação a ondas longas a maioria dos corpos se comporta (quase) como corpo negro. a ABSORTIVIDADE de interesse é aquela para as ondas longas (para absorção da radiação terrestre) e para as ondas curtas (para absorção de radiação solar ou visível). Para as ondas curtas, a absortividade nem sempre se aproxima de 1 e varia ainda dentro do espectro visível, causando as cores da luz refletida pelos corpos.

15 ABSORÇÃO EMISSÃO refletida incidente qual λ? emitida r λ T λ, ε λ absorvida t λ a λ transmitida

16 PARA RACIOCINAR: CERTO ou ERRADO?

17 CERTO ou ERRADO? Se a emissividade de um corpo é alta, significa que ele emite muita radiação.

18 CERTO ou ERRADO? EMISSIVIDADE é uma propriedade de uma superfície; a EMISSÃO éum processo cuja ocorrência, além da emissividade, depende da temperatura da superfície.

19 CERTO ou ERRADO? Antes de poder emitir radiação, um corpo deve absorver radiação.

20 CERTO ou ERRADO? A densidade de fluxo de radiação solar que chega ao topo da atmosfera da Terra é muito menor que a emitida pelo Sol. Isso se deve ao fato de a radiação Solar se espalhar por uma área cada vez maior conforme vai se afastando do Sol.

21 CERTO ou ERRADO? Um corpo negro emite, em determinada temperatura, 2000 W de radiação térmica. Se a sua temperatura absoluta dobrar, sua emissão será de 4000 W.

22 CERTO ou ERRADO? A emissividade para ondas longas da grande maioria dos corpos é quase 1. Isso significa que, a temperaturas terrestres, esses corpos emitem radiação como se fossem corpos (quase) negros.

23 CERTO ou ERRADO? É impossível um corpo negro refletir radiação.

24 CERTO ou ERRADO? A clorofila reflete radiação verde. Isso significa que sua emissividade para luz verde é alta.

25 CERTO ou ERRADO? Cada fóton de radiação de ondas longas possui menos energia que o da radiação visível.

26 CERTO ou ERRADO? Quanto menor a energia por fóton, menor a intensidade da radiação.

EMISSÃO e ABSORÇÃO de radiação

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