Sumário. Do Sol ao aquecimento. Energia do Sol para a Terra 22/04/2014

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1 Sumário Do Sol ao Aquecimento Unidade temática 1 Equilíbrio térmico Lei zero da termodinâmica. Temperatura média da Terra. - Potência da radiação proveniente do Sol. - Potência da radiação emitida pela Terra. A radiação solar na produção da energia elétrica. - Painel fotovoltaico. Continuação da resolução de exercícios. Equilíbrio térmico Quando dois corpos a temperaturas diferentes, são postos em contacto, transferem energia entre si até se atingir o equilíbrio térmico, ou seja, até que a energia recebida pelos corpos seja igual à energia por eles emitida. Nestas condições, verifica-se que os corpos atingem uma temperatura constante em que T B < T < T A. 1

2 Equilíbrio térmico Lei Zero da Termodinâmica Quando colocamos dois corpos ou sistemas, que se encontram em equilíbrio térmico, em contacto com um terceiro haverá transferência de energia entre os vários corpos ou sistemas. Esta transferência de energia irá decorrer até que todos os corpos apresentem a mesma temperatura, ou seja, até que se atinja o equilíbrio térmico. Esta evidência é traduzida pela Lei Zero da Termodinâmica. 2

3 Lei Zero da Termodinâmica Equilíbrio térmico radiativo da Terra Se a Terra está constantemente a receber energia por radiação do Sol, como se explica que tenha uma temperatura média com poucas variações, ou seja, esteja praticamente em equilíbrio térmico? Resposta: Porque a Terra não só recebe como emite energia por radiação e a energia recebida é igual à energia emitida. 3

4 Cálculo da temperatura média da Terra Qual a radiação solar por unidade de área? O que é a albedo dum planeta? A albedo de um planeta corresponde à refletividade desse planeta, ou seja à fração de radiação incidente que é por ele refletida. A albedo da Terra é 0,30. Significa que o nosso planeta reflete cerca de 30% da radiação proveniente do Sol (e recebe cerca de 70%). Radiação solar por unidade de área, Constante Solar: S = 1370 W/m 2 Como se calcula a potência da radiação recebida pela Terra proveniente do Sol? E a potência da radiação emitida pela Terra? E qual é o valor da sua temperatura média? 4

5 A radiação solar na produção da energia elétrica Os painéis fotovoltaicos, transformam diretamente a energia solar em energia elétrica. A radiação solar na produção da energia elétrica Os painéis fotovoltaicos são constituídos por células fotovoltaicas que, com base no efeito fotovoltaico, produzem energia elétrica diretamente a partir da radiação solar. Estas células são formadas por materiais semicondutores, tais como silício ou o germânio. Estes painéis são utilizados como fontes de energia nas nossas habitações, nos satélites, no funcionamento de algumas máquinas de calcular e em sinalização fluvial, marítima, rodoviária e ferroviária. 5

6 Fatores principais que impedem a sua utilização em larga escala O elevado custo das tecnologias empregues. O baixo rendimento no processo de conversão (cerca de 25%). Os importantes investimentos de capital. A necessidade de ocupação de grandes áreas de terreno se se pretende produzir quantidades significativas de energia (1 ha/mw). Perdas de condução (efeito Joule). Reflexões. 6

7 Vantagens Não dispõem de partes móveis. São formados por módulos. As células são agrupadas em painéis. São inofensivos do ponto de vista ambiental. Não produzem cheiros nem ruídos. Exigem muito pouca manutenção. Têm tempo de vida elevado (superior a 20 anos). Problemas 1. Qual é a área de um painel fotovoltaico para alimentar um computador que necessita de 300 W de Potência? Admita que a potência da radiação solar que chega ao painel, por unidade de área, é 400 W/m 2 e que o rendimento do processo fotovoltaico é de 25%. (3 m 2 ) 2. Pretende-se que uma bateria alimente 2 lâmpadas de 100 W cada, durante 4 horas. A bateria é carregada durante o dia por um painel fotovoltaico. Admita que as perdas no processo de carga e descarga de bateria são 60% da energia útil fornecida pelo painel. a) Calcule a energia que a bateria necessita de fornecer durante a noite para fazer funcionar as lâmpadas. (2,88 x 10 6 J) b) Quantas células fotovoltaicas são precisas para fornecer a intensidade de corrente necessária para carregar a bateria? Admita que o painel está, em média, exposto 5 horas à luz solar e que cada célula tem 10 W de potência útil. (40) 7

8 Problemas 3) Num certo país incidem 400 J de energia solar por m 2 em cada segundo. O rendimento dos painéis fotovoltaicos é de 25%. Qual é a área destes painéis que fazem funcionar os seguintes eletrodomésticos. a) Frigideira elétrica 1350 W. b) Torradeira de 400 W. c) Frigideira e torradeira em simultâneo. (13,5 m 2 ) (4 m 2 ) (17,5 m 2 ) 4) Os painéis fotovoltaicos são utilizados para produzir energia elétrica a partir da energia solar. Suponha que a energia solar total incidente no solo durante um ano, na localidade onde vive, é 1,10 x J m -2. Calcule a área de painéis fotovoltaicos necessária para um gasto diário médio de eletricidade de 21,0 kw h, se instalar na sua casa painéis com um rendimento de 25%. Apresente todas as etapas de resolução. (10 m 2 ) TPC Exercícios que ficarem por fazer da APSA Aplicações. 8