ENERGIA – do SOL para a  TERRA
A energia solar chega à Terra sob a forma de radiaçãoelectromagnética, a qual se propaga no vazio com a velocidade de3,00x...
O comprimento de onda da radiação mais abundante no espectro deemissão de um corpo está também relacionado com a sua tempe...
A radiação solar que atinge a Terra é reflectida, difundida eabsorvida pela atmosfera. Parte desta energia atinge o solo.
A atmosfera terrestre difunde melhor a radiação visível com menorcomprimento de onda (a azul).   A absorção da radiação so...
A camada de ozono existente na estratosfera protege os seresvivos.    O ozono que se encontra junto ao solo está associada...
O efeito de estufa é responsável pelo facto de a temperatura à superfícieda Terra ser bastante superior à temperatura calc...
A presença de CO2, de CH4 e de H2O na atmosfera dos planetas provocaaumento de temperatura, por efeito de estufa. O aument...
Energia Solar     transfere-se por                                           pode ser aproveitada                         ...
Variação de temperatura          porque há                          Sistema termodinâmico                                 ...
TERRA         é    Receptor de energia                          porque                  Recebe energia do Sol             ...
TERRA       é          Fonte de energia                            porque                        Emite Energia            ...
ENERGIA – no aquecimento earrefecimento de    sistemas
Mecanismos de transferência de Energia   O calor transfere-se entre sistemas que se encontram a temperaturasdiferentes.   ...
A convecção   Ocorre com transporte de matéria   Verifica-se nos fluídos (corpos líquidos e gasosos)   É devido ao aume...
TemperaturaEscala Celsius (ºC)Escala termodinâmica ou escala absolutaNo SI a temperatura mede-se em Kelvin (K)            ...
Capacidade térmica mássica     Q = c x m x Δθ   A variação de temperatura, experimentada pelo corpo, depende danatureza e ...
Materiais condutores e isolantes de calor    Nem todos os materiais têm a mesma facilidade de transmitir a energiacomo cal...
Taxa temporal de calor    Ou quantidade de calor por unidade de tempoTaxa temporal de calor = Q                         Δt
Condutividade térmica    Os metais conduzem bem o calor. Os gases, a lã, o poliestirenoexpandido e o material constituído ...
Condutividade térmica     Q                KA     t       LQ – Energia transferida como calor - JΔt – intervalo de tem...
Condutividade térmica                           Q                               UA                           tU – Coef...
1º Lei da Termodinâmica    Através da lei da Conservação de Energia, sabe-se que sempre queocorre uma transformação e/ou t...
1º Lei da Termodinâmica    A energia transferida entre um sistema não isolado e avizinhança, como calor, trabalho ou radia...
1º Lei da Termodinâmica    Transferências de energia que podem apenas traduzir variaçõesde energia interna dos sistemas.  ...
1º Lei da Termodinâmica    A variação de energia interna pode ocorrer em situações específicas, ondenão se verifica transf...
1º Lei da Termodinâmica    Transformação      Variável de          Verifica-se        Variação de                    estad...
2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia    Os fenómenos naturais ocorrem espontaneamente num determinadosentido. E...
2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia     Devido à degradação da energia não é possível que um processoespontâne...
2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia     Postulada de KelvinNenhum sistema termodinâmico que funcione de modo c...
2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia    Postulada de ClausiusÉ impossível transferir calor, espontaneamente, de...
2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia    EntropiaUma nova variável de estado termodinâmica. Mede a desordem de u...
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Unidade I - Resumo - Prof. Paula - Fisica - Escola S. S. Pedro

  1. 1. ENERGIA – do SOL para a TERRA
  2. 2. A energia solar chega à Terra sob a forma de radiaçãoelectromagnética, a qual se propaga no vazio com a velocidade de3,00x108m/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 ondaelectromagnética; é caracterizada pelo comprimento de onda (λ) e pelafrequência (f). Todos os corpos irradiam energia. A potência que um corpo irradia está relacionado com a suatemperatura: P=eσAT4
  3. 3. O comprimento de onda da radiação mais abundante no espectro deemissão 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. 4. A radiação solar que atinge a Terra é reflectida, difundida eabsorvida pela atmosfera. Parte desta energia atinge o solo.
  5. 5. A atmosfera terrestre difunde melhor a radiação visível com menorcomprimento de onda (a azul). A absorção da radiação solar pela atmosfera depende dassubstâncias que a constituem. O metano e o dióxido de carbonoabsorvem a radiação.
  6. 6. A camada de ozono existente na estratosfera protege os seresvivos. O ozono que se encontra junto ao solo está associada a umapoluição atmosférica intensa. Um corpo está em equilíbrio térmico radiativo se absorve tantaradiação como aquela que emite.
  7. 7. O efeito de estufa é responsável pelo facto de a temperatura à superfícieda Terra ser bastante superior à temperatura calculada, considerando oequilíbrio térmico radiativo.
  8. 8. A presença de CO2, de CH4 e de H2O na atmosfera dos planetas provocaaumento de temperatura, por efeito de estufa. O aumento da concentraçãodestas substâncias na atmosfera tem consequências no aquecimento global donosso planeta. Os painéis solares permitem produzir energia eléctrica, a partir daradiação solar que neles incide. Se cobríssemos todos os telhadosportugueses com painéis solares seria possível produzir a energiaeléctrica de que o país necessita.
  9. 9. Energia Solar transfere-se por pode ser aproveitada por Radiação Solar para Colectores Painéis Terra + atmosfera Solares fotovoltaícosa qual constituí na qual ocorre a Sistema Termodinâmico Absorção de Emissão de radiação radiação em responsáveis pelaEquilíbrio térmico com a sua Balanço Temperatura calculada vizinhança energético média da Terra por
  10. 10. Variação de temperatura porque há Sistema termodinâmico éReceptor de energia é TERRA é Fonte de energia está em Equilíbrio TérmicoTemperatura média Lei Zero da E fornecida = E emitida constante Termodinâmica
  11. 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. 12. TERRA é Fonte de energia porque Emite Energia associada a Potência total irradiada relacionada com determinada pela Espectro Electromagnético Lei de Stefan-BoltzmanDeslocamento de Wien λxT=constante P=eσAT4
  13. 13. ENERGIA – no aquecimento earrefecimento de sistemas
  14. 14. Mecanismos de transferência de Energia O calor transfere-se entre sistemas que se encontram a temperaturasdiferentes. Os mecanismos de transferência de energia como calor são acondução 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. 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. 16. TemperaturaEscala Celsius (ºC)Escala termodinâmica ou escala absolutaNo SI a temperatura mede-se em Kelvin (K) θ=T-273,15 Δθ=ΔT
  17. 17. Capacidade térmica mássica Q = c x m x Δθ A variação de temperatura, experimentada pelo corpo, depende danatureza e da massa da substância que o constitui e da quantidade decalor, que lhe é fornecida. c = Q/(mx Δθ) A capacidade térmica mássica de uma substância é numericamente igual àquantidade de energia que é necessário transferir para a massa de 1kg dessasubstância, para que esta experimente a variação de temperatura de 1k (ou de 1ºC).A unidade no SI é J/(Kg.K)
  18. 18. Materiais condutores e isolantes de calor Nem todos os materiais têm a mesma facilidade de transmitir a energiacomo 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. 19. Taxa temporal de calor Ou quantidade de calor por unidade de tempoTaxa temporal de calor = Q Δt
  20. 20. Condutividade térmica Os metais conduzem bem o calor. Os gases, a lã, o poliestirenoexpandido e o material constituído por fibras de vidro são maus condutores.Estes últimos exemplos contêm micro bolsas de ar na sua estrutura. A pedrao betão são condutores intermédios. As pegas de plástico ou demadeira, nas frigideiras e nas panelas, destinam-se a impedir que o calorseja conduzido da peça metálica para a nossa mão. Sob o ponto de vista térmico, os materiais são caracterizados pelachamada condutividade térmica (K) Verifica-se que a energia transferida, como calor, por unidade detempo, através de uma parede, é directamente proporcional àárea, A, inversamente proporcional à espessura da parede, L, edirectamente proporcional à diferença de temperatura, Δθ, existente entre o
  21. 21. Condutividade térmica Q   KA t LQ – Energia transferida como calor - JΔt – intervalo de tempo - s θ2 θ1K – condutividade térmica - W/(m.K) LA – área – m2L – espessura – mΔθ – variação de temperatura – K Δθ=θf-θi
  22. 22. Condutividade térmica Q  UA tU – Coeficiente de condutividade térmica – W/(m2.K) K U L Se quisermos que a energia não seja conduzida através dasparedes, como por exemplo, nas habitações e nos frigoríficos, temos deutilizar materiais com baixa condutividade térmica. O poliuterano e opoliestireno são utilizados com essa finalidade.
  23. 23. 1º Lei da Termodinâmica Através da lei da Conservação de Energia, sabe-se que sempre queocorre 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), trabalhorealizado (W) e emissão ou absorção de radiação (R), podendo só originar avariação 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. 24. 1º Lei da Termodinâmica A energia transferida entre um sistema não isolado e avizinhança, como calor, trabalho ou radiação, é igual à variação deenergia 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. 25. 1º Lei da Termodinâmica Transferências de energia que podem apenas traduzir variaçõesde 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. 26. 1º Lei da Termodinâmica A variação de energia interna pode ocorrer em situações específicas, ondenão 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. 27. 1º Lei da Termodinâmica 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 ocorrerconjuntamente, ou individualmente, quando o trabalho e o calor forem nulos. W=0 e Q=0 => ΔU=R
  28. 28. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia Os fenómenos naturais ocorrem espontaneamente num determinadosentido. Embora a 1ª lei não proíba que o calor possa ser transferido,espontaneamente de um corpo que está a temperatura mais baixa, paraoutro que está a temperatura mais elevada, a verdade é que isso nãoocorre. Também não é possível embora a 1ª lei não o proíba, que umsistema, cujas partículas estão desordenadas, evolua espontaneamentepara um estado em que elas fiquem ordenadas. A 2ª lei permite clarificar osentido em que os processos espontâneos evoluem.
  29. 29. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia Devido à degradação da energia não é possível que um processoespontâneo seja reversível sem a realização de trabalho da vizinhançasobre o sistema, o que se traduz pela 2ª lei. Os processos que ocorrem espontaneamente na natureza dão-sesempre no sentido da diminuição da energia útil. Processo espontâneo: ocorre sem que a vizinhança actue sobre osistema, realizando trabalho, transferindo calor ou radiação. Processo reversível: ocorre de modo a que o sistema possa retomar oestado anterior ao processo, sem alterar a energia do sistema e davizinhança.
  30. 30. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia Postulada de KelvinNenhum sistema termodinâmico que funcione de modo cíclico, podetransferir calor de uma única fonte, transferindo-o integralmente emtrabalho. Há sempre degradação de energia!
  31. 31. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia Postulada de ClausiusÉ impossível transferir calor, espontaneamente, de um sistema atemperatura 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. 32. 2º Lei da Termodinâmica – Degradação da Energia EntropiaUma nova variável de estado termodinâmica. Mede a desordem de umsistema. Rendimento de uma máquina térmica é igual ao quociente entre otrabalho realizado pela máquina e a energia que a máquina recebe comocalor, através da fonte quente. W|  x100 % Qq

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