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Unidade I - Resumo - Prof. Paula - Fisica - Escola S. S. Pedro
- 1. ENERGIA – do SOL para a TERRA
- 2. A energia solarchega à Terra sob a forma de radiação electromagnética, a qual se propaga no vazio com a velocidade de 3,00x108m/s. A luz visível é uma pequena parte do espectro electromagnético, que inclui desde ondas de rádio até raios gama. A radiação electromagnética comporta-se como uma onda electromagnética; é caracterizada pelo comprimento de onda (λ) e pela frequência (f). Todos os corpos irradiam energia. A potência que um corpo irradia está relacionado com a sua temperatura: P=eσAT4
- 3. O comprimento deonda da radiação mais abundante no espectro de emissão de um corpo está também relacionado com a sua temperatura: λpico=0,00290/T Os corpos que melhor emitem são os que melhor absorvem.
- 4. A radiação solarque atinge a Terra é reflectida, difundida e absorvida pela atmosfera. Parte desta energia atinge o solo.
- 5. A atmosfera terrestredifunde melhor a radiação visível com menor comprimento de onda (a azul). A absorção da radiação solar pela atmosfera depende das substâncias que a constituem. O metano e o dióxido de carbono absorvem a radiação.
- 6. A camada deozono existente na estratosfera protege os seres vivos. O ozono que se encontra junto ao solo está associada a uma poluição atmosférica intensa. Um corpo está em equilíbrio térmico radiativo se absorve tanta radiação como aquela que emite.
- 7. O efeito deestufa é responsável pelo facto de a temperatura à superfície da Terra ser bastante superior à temperatura calculada, considerando o equilíbrio térmico radiativo.
- 8. A presença deCO2, de CH4 e de H2O na atmosfera dos planetas provoca aumento de temperatura, por efeito de estufa. O aumento da concentração destas substâncias na atmosfera tem consequências no aquecimento global do nosso planeta. Os painéis solares permitem produzir energia eléctrica, a partir da radiação solar que neles incide. Se cobríssemos todos os telhados portugueses com painéis solares seria possível produzir a energia eléctrica de que o país necessita.
- 9. Energia Solar transfere-se por pode ser aproveitada por Radiação Solar para Colectores Painéis Terra + atmosfera Solares fotovoltaícos a qual constituí na qual ocorre a Sistema Termodinâmico Absorção de Emissão de radiação radiação em responsáveis pela Equilíbrio térmico com a sua Balanço Temperatura calculada vizinhança energético média da Terra por
- 10. Variação de temperatura porque há Sistema termodinâmico é Receptor de energia é TERRA é Fonte de energia está em Equilíbrio Térmico Temperatura média Lei Zero da E fornecida = E emitida constante Termodinâmica
- 11. TERRA é Receptor de energia porque Recebe energia do Sol que é Reflectida Absorvida Dispersada Aquecimento da Terra Luminosidade por Camada alta da atmosfera Visualização da Radiação do albedo Terra Solo
- 12. TERRA é Fonte de energia porque Emite Energia associada a Potência total irradiada relacionada com determinada pela Espectro Electromagnético Lei de Stefan-Boltzman Deslocamento de Wien λxT=constante P=eσAT4
- 13. ENERGIA – no aquecimento e arrefecimento de sistemas
- 14. Mecanismos de transferênciade Energia O calor transfere-se entre sistemas que se encontram a temperaturas diferentes. Os mecanismos de transferência de energia como calor são a condução e a convecção. A condução Ocorre sem transporte de matéria Verifica-se nos corpos sólidos É devido à colisão de electrões livres com iões (positivos), originando um aumento da energia cinética interna que é transmitida aos corpúsculos vizinhos.
- 15. A convecção Ocorre com transporte de matéria Verifica-se nos fluídos (corpos líquidos e gasosos) É devido ao aumento da energia cinética interna, o que origina uma expansão e diminuição da densidade. O fluído menos denso (quente) sobre, obrigando o mais denso (frio) a descer.
- 16. Temperatura Escala Celsius (ºC) Escalatermodinâmica ou escala absoluta No SI a temperatura mede-se em Kelvin (K) θ=T-273,15 Δθ=ΔT
- 17. Capacidade térmica mássica Q = c x m x Δθ A variação de temperatura, experimentada pelo corpo, depende da natureza e da massa da substância que o constitui e da quantidade de calor, que lhe é fornecida. c = Q/(mx Δθ) A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual à quantidade de energia que é necessário transferir para a massa de 1kg dessa substância, para que esta experimente a variação de temperatura de 1k (ou de 1ºC). A unidade no SI é J/(Kg.K)
- 18. Materiais condutores eisolantes de calor Nem todos os materiais têm a mesma facilidade de transmitir a energia como calor, por unidade de tempo. Por essa razão, os materiais classificam- se em: BONS CONDUTORES Condutividade térmica elevada Elevada taxa temporal de transmissão da energia como calor MAUS CONDUTORES Baixa condutividade térmica Baixa taxa temporal de transmissão de energia como calor
- 19. Taxa temporal decalor Ou quantidade de calor por unidade de tempo Taxa temporal de calor = Q Δt
- 20. Condutividade térmica Os metais conduzem bem o calor. Os gases, a lã, o poliestireno expandido e o material constituído por fibras de vidro são maus condutores. Estes últimos exemplos contêm micro bolsas de ar na sua estrutura. A pedra o betão são condutores intermédios. As pegas de plástico ou de madeira, nas frigideiras e nas panelas, destinam-se a impedir que o calor seja conduzido da peça metálica para a nossa mão. Sob o ponto de vista térmico, os materiais são caracterizados pela chamada condutividade térmica (K) Verifica-se que a energia transferida, como calor, por unidade de tempo, através de uma parede, é directamente proporcional à área, A, inversamente proporcional à espessura da parede, L, e directamente proporcional à diferença de temperatura, Δθ, existente entre o
- 21. Condutividade térmica Q KA t L Q – Energia transferida como calor - J Δt – intervalo de tempo - s θ2 θ1 K – condutividade térmica - W/(m.K) L A – área – m2 L – espessura – m Δθ – variação de temperatura – K Δθ=θf-θi
- 22. Condutividade térmica Q UA t U – Coeficiente de condutividade térmica – W/(m2.K) K U L Se quisermos que a energia não seja conduzida através das paredes, como por exemplo, nas habitações e nos frigoríficos, temos de utilizar materiais com baixa condutividade térmica. O poliuterano e o poliestireno são utilizados com essa finalidade.
- 23. 1º Lei daTermodinâmica Através da lei da Conservação de Energia, sabe-se que sempre que ocorre uma transformação e/ou transferência de energia esta conserva-se, visto que um sistema cede energia e o outro recebe. Os sistemas transferem energia entre si, através do calor (Q), trabalho realizado (W) e emissão ou absorção de radiação (R), podendo só originar a variação de energia interna. Para que se continue a verificar a Lei da conservação da Energia: ΔU=Q+W+R Esta expressão traduz a 1ª Lei da termodinâmica.
- 24. 1º Lei daTermodinâmica A energia transferida entre um sistema não isolado e a vizinhança, como calor, trabalho ou radiação, é igual à variação de energia interna do sistema. Por convenção, considera-se que: Toda a energia fornecida ao sistema é positiva (Q>0,W>0 e R>0) Toda a energia cedida pelo sistema à vizinhança é negativa (Q<0,W<0 e R<0)
- 25. 1º Lei daTermodinâmica Transferências de energia que podem apenas traduzir variações de energia interna dos sistemas. Calor: se estiver a aquecer um gás num recipiente fechado Q=U Trabalho: gás a ser comprimido com um êmbolo w=U
- 26. 1º Lei daTermodinâmica A variação de energia interna pode ocorrer em situações específicas, onde não se verifica transferência de energia como radiação, nomeadamente: Transformação Variável de Verifica-se Variação de estado constante energia interna •Transformações em ΔU=W Calor recipientes Q=0 Adiabática (compressão termodinamicamente R=0 rápida do ar isolados numa bomba de •Compressão e bicicleta) expansão de gases •Compressão e ΔT=0 => ΔU=0 Isotérmica Temperatura expansão lenta de Q= -W gases R=0
- 27. 1º Lei daTermodinâmica Transformação Variável de Verifica-se Variação de estado constante energia interna •Aquecimento ou W= P x ΔV arrefecimento de um ΔU= P x ΔV + Q Isobárica Pressão líquido em sistema R=0 aberto •Aquecimento ou ΔV=0 => W=0 Isocórica Volume arrefecimento de um ΔU=Q líquido em sistema R=0 fechado e com fronteira rígida Quando há transferência de energia como radiação, esta pode ocorrer conjuntamente, ou individualmente, quando o trabalho e o calor forem nulos. W=0 e Q=0 => ΔU=R
- 28. 2º Lei daTermodinâmica – Degradação da Energia Os fenómenos naturais ocorrem espontaneamente num determinado sentido. Embora a 1ª lei não proíba que o calor possa ser transferido, espontaneamente de um corpo que está a temperatura mais baixa, para outro que está a temperatura mais elevada, a verdade é que isso não ocorre. Também não é possível embora a 1ª lei não o proíba, que um sistema, cujas partículas estão desordenadas, evolua espontaneamente para um estado em que elas fiquem ordenadas. A 2ª lei permite clarificar o sentido em que os processos espontâneos evoluem.
- 29. 2º Lei daTermodinâmica – Degradação da Energia Devido à degradação da energia não é possível que um processo espontâneo seja reversível sem a realização de trabalho da vizinhança sobre o sistema, o que se traduz pela 2ª lei. Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-se sempre no sentido da diminuição da energia útil. Processo espontâneo: ocorre sem que a vizinhança actue sobre o sistema, realizando trabalho, transferindo calor ou radiação. Processo reversível: ocorre de modo a que o sistema possa retomar o estado anterior ao processo, sem alterar a energia do sistema e da vizinhança.
- 30. 2º Lei daTermodinâmica – Degradação da Energia Postulada de Kelvin Nenhum sistema termodinâmico que funcione de modo cíclico, pode transferir calor de uma única fonte, transferindo-o integralmente em trabalho. Há sempre degradação de energia!
- 31. 2º Lei daTermodinâmica – Degradação da Energia Postulada de Clausius É impossível transferir calor, espontaneamente, de um sistema a temperatura mais baixa para outro a temperatura mais alta. Só ocorre se for PROCESSO realizado trabalho ESPONTANEO Ex: frigorífico Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-se sempre no sentido da diminuição da energia útil.
- 32. 2º Lei daTermodinâmica – Degradação da Energia Entropia Uma nova variável de estado termodinâmica. Mede a desordem de um sistema. Rendimento de uma máquina térmica é igual ao quociente entre o trabalho realizado pela máquina e a energia que a máquina recebe como calor, através da fonte quente. W| x100 % Qq