As ondas ou radiações eletromagnéticas não precisam de um meio material para se propagarem.

Transcrição

1 Radiação As ondas ou radiações eletromagnéticas não precisam de um meio material para se propagarem. O espetro eletromagnético é o conjunto de todas as radiações eletromagnéticas.

2 Radiação A transferência de energia por radiação é um fenómeno comum. Exemplos de transferências de energia por radiação.

3 Radiação Reflexão, absorção e transmissão da radiação A radiação eletromagnética que incide num corpo é em parte refletida na superfície do corpo, outra parte é absorvida, podendo provocar aquecimento do corpo, e outra parte da radiação pode atravessar o corpo, isto é, ser transmitida pelo corpo. Há também corpos que são opacos a uma radiação de uma determinada frequência, mas transmitem radiações com outras frequências. De acordo com a Lei da Conservação da Energia: E rad. incidente = E rad. refletida + E rad. absorvida + E rad. transmitida

4 Radiação Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz. Radiação: Energia transferida através da propagação de luz Visível Não visível O Sol é a principal fonte de energia por radiação.

5 Radiação Radiação é outro nome que damos às ondas eletromagnéticas ou luz. Quando incide radiação sobre um corpo, a sua energia interna aumenta provocando normalmente o aumento da sua temperatura. A Terra tem uma temperatura média de cerca de 15 C, com poucas oscilações. Isso deve-se à emissão contínua de radiação pelo planeta: em média a energia que a Terra absorve proveniente do Sol, e por unidade de tempo, é praticamente a mesma que emite para o espaço por radiação.

6 Radiação Todos os corpos sem exceção emitem radiação. Aquecimento de uma barra de ferro A B C O tipo de radiação emitida por um corpo depende da sua temperatura.

7 Radiação infravermelha Todos os corpos emitem radiação. À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha. Termograma

8 Radiação infravermelha À temperatura ambiente todos os corpos emitem predominantemente radiação infravermelha. Exemplos de aplicações tecnológicas da emissão de infravermelhos: Detetores de infravermelhos Termografia por infravermelhos Termómetros de infravermelhos Visão noturna

9 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção (e emissão) de radiação de um corpo depende da temperatura da sua vizinhança. Arrefecimento de um corpo (num mesmo intervalo de tempo) Radiação emitida > Radiação absorvida Radiação emitida = Radiação absorvida

10 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos. Uma superfície branca reflete toda a radiação visível, não a absorvendo (embora absorva radiação não visível). As superfícies brancas não absorvem a radiação visível. Corpo branco Mau absorsor de radiação Aquece lentamente Mau emissor de radiação Arrefece lentamente

11 Absorção de radiação Todos os corpos absorvem radiação. A absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies dos corpos. As superfícies pretas absorvem totalmente a radiação visível, aquecendo bastante. Os pavimentos de asfalto e os carros pretos absorvem toda a radiação visível. Corpo preto Bom absorsor de radiação Aquece rapidamente Bom emissor de radiação Arrefece rapidamente

12 Absorção de radiação Se submetermos dois cubos de alumínio, com as mesmas dimensões e à mesma temperatura, um metalizado e outro pintado de preto, a radiação visível de igual intensidade, durante o mesmo intervalo de tempo, verificamos que: o cubo metalizado sofre uma variação de temperatura pouco relevante, pois, por ser metalizado, tem um elevado poder de reflexão. Assim, a energia que é refletida não é absorvida (baixa emissividade) o cubo pintado de preto sofre um aumento de temperatura bastante considerável, pois, por ser preto, tem um elevado poder de absorção (elevada emissividade) A radiação visível é absorvida totalmente pelas superfícies pretas.

13 Absorção de radiação Quando a luz branca, resultante da combinação de todas as radiações da zona do visível, incide sobre um corpo, este absorve parte dessas radiações, chegando apenas aos olhos do observador as outras cores, as que foram refletidas pelo corpo. As superfícies brancas reemitem a radiação visível (A), enquanto as superfícies pretas são absorsoras de radiação visível (B). Os corpos pretos absorvem toda a radiação visível que sobre eles incide. Qualquer corpo absorve radiação. A intensidade da radiação absorvida depende das propriedades do corpo e do comprimento de onda da radiação incidente.

14 Radiação emitida pelos corpos O Sol emite radiação principalmente na zona do visível, enquanto a Terra emite radiação, principalmente, na zona do infravermelho.

15 Permite quantificar a energia que, por unidade de tempo, chega a uma área unitária dessa superfície. Unidades SI: Ou

16 Para comparar a energia emitida por dois corpos distintos deve ser considerada a potência da radiação emitida, designada potência irradiada pelo corpo. IRRADIÂNCIA Energia da radiação emitida por um corpo por unidade de tempo e por unidade de área.

17 Irradiância Parte da radiação emitida pelo Sol atinge a Terra. Constante solar Valor da irradiância média no topo da atmosfera. Mapa da irradiância solar para a Europa. O valor da irradiância varia com a localização geográfica e com a época do ano.

18 Exercício resolvido Colocou-se uma lata pintada de branco a uma certa distância de uma lâmpada de 100 W, e registou-se, regularmente, a temperatura no interior dessa lata. Repetiu-se, posteriormente, o mesmo procedimento para outra lata pintada de preto. O gráfico traduz a evolução da temperatura de cada uma das latas. 1. Selecione, justificando, a curva da figura que traduz a evolução da temperatura da lata pintada de preto. 2. Qual o mecanismo de transferência de energia responsável pelo aumento de temperatura das latas? Proposta de resolução 1. A curva A, pois atingiu uma temperatura superior. 2. Entre a lâmpada e as latas há transferência de energia sob a forma de calor por radiação eletromagnética. 18

19 Exercício proposto Um grupo de alunos pretendia comparar o poder de absorção da radiação eletromagnética de duas superfícies idênticas, feitas do mesmo material mas com cores diferentes, uma preta e outra branca. Para isso, fizeram incidir a luz emitida por uma lâmpada de incandescência em cada uma das superfícies e registaram a temperatura, em intervalos de tempo de um minuto. Tendo em conta as características de ambas as superfícies, indique qual: 1. atinge a temperatura mais elevada. 2. absorve maior quantidade de energia por radiação. 3. reflete maior quantidade de energia por radiação. Proposta de resolução 1. A superfície preta. 2. A superfície preta. 3. A superfície branca. 19

20 Painéis fotovoltaicos Permitem aproveitar a energia da luz solar convertendo - a em corrente elétrica. Os painéis fotovoltaicos são compostos por um conjunto de células fotovoltaicas. constituídas por um material semicondutor (geralmente silício). Célula fotovoltaica Painéis fotovoltaicos. Dispositivo que aproveita a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.

21 Painéis fotovoltaicos

22 Painéis fotovoltaicos

23 Painéis fotovoltaicos De forma a maximizar o rendimento de um sistema fotovoltaico é necessário dimensionar a área atendendo à irradiância solar média no local da instalação, ao número médio de horas de luz solar por dia e à potência a debitar.

24 Painéis fotovoltaicos As células fotovoltaicas, constituídas, em geral, por cristais de silício (material semicondutor), aproveitam a energia da radiação solar para criar diretamente uma diferença de potencial elétrico nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua. Um painel solar fotovoltaico é uma associação de células fotovoltaicas que aproveitam a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.

25 Atividade

26 Atividade SOLUÇÃO

27 Exercício resolvido Pretende-se instalar um painel fotovoltaico numa vivenda em Lisboa. O painel, com um rendimento médio de 15%, destina-se a alimentar um conjunto de eletrodomésticos, cujo consumo diário é de 1, J. A irradiância solar média em Lisboa, num dia claro, corresponde a 414 W m 2. Nestas condições, calcule a área do painel fotovoltaico que deve ser instalada, sabendo que o tempo de exposição ao sol é de 8 horas diárias. 27

28 Proposta de resolução Para uma energia útil de 1,08 fornecer: 10 8 J (consumo diário) teremos que Nas 8 horas de funcionamento diário a potência fornecida terá que ser: Como Er = P Como, então: 28

29 Exercício proposto Uma localidade dispõe de sete horas de sol por dia. Nessa localidade, um morador pretende colocar um painel fotovoltaico, com uma área de 4,0 m 2 e com um rendimento de 15%. Calcule a energia elétrica fornecida pelo painel, sabendo que a energia solar que atinge o painel, por segundo e por unidade de área, é 0,85 kw h. Proposta de resolução O primeiro passo é converter o valor da energia total incidente no painel em unidade do SI: Como 1 kw h corresponde a 3,6 ou seja, 10 6 J, então: por metro quadrado e por segundo, 29

30 Proposta de resolução Como: Como o rendimento do painel é de 15%, é possível calcular a energia elétrica fornecida pelo painel (energia útil) através da expressão do rendimento: 30

31 Síntese de conteúdos As ondas eletromagnéticas não precisam de um meio material para se propagarem. O espetro eletromagnético é o conjunto de todas a radiações eletromagnéticas. As radiações do espetro eletromagnético são, por ordem decrescente de frequência: raios gama, raios X, ultravioleta, visível, infravermelha, micro-ondas e ondas de rádio. A radiação que incide num corpo pode ser em parte absorvida, em parte refletida e em parte transmitida: E rad. incidente = E rad. absorvida + E rad. refletida + E rad. Transmitida Um corpo é opaco a uma radiação quando não se deixa atravessar por esta radiação. Um corpo é transparente a uma radiação quando se deixa atravessar por essa radiação. Todos os corpos emitem radiação térmica a qualquer temperatura, devido à agitação térmica das partículas que os constituem. O espetro de radiação térmica emitida por um corpo é um espetro contínuo.

32 Síntese de conteúdos As superfícies pretas absorvem e emitem toda a radiação. A irradiância de um corpo é a radiação emitida pelo corpo por unidade de tempo e por unidade de área. Um corpo à temperatura ambiente emite radiação predominantemente na zona do infravermelho. Um painel solar fotovoltaico é uma associação de células fotovoltaicas que aproveitam a energia da luz solar para criar diretamente uma diferença de potencial nos seus terminais, produzindo uma corrente elétrica contínua.

33 Diagrama de conteúdos