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eq termico
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7/17/2019 Equilibrio termico
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Equilíbrio Térmico
T = 70 ⁰C T = 20 ⁰C
T = 65 ⁰C T = 25 ⁰C
T = 60 ⁰C T = 30 ⁰C
T = 55 ⁰C T = 35 ⁰C
T = 50 ⁰C T = 40 ⁰C
T = 45 ⁰C T = 45 ⁰C
Quando dois corpos a temperaturas diferentes secolocam em contacto ocorre uma transferência deenergia, sob a forma de calor, do corpo que se encontraa maior temperatura para o corpo que se encontra a
menor temperatura, até as temperaturas dos dois corposse igualarem, isto é, até aos corpos atingirem o equilíbrio
térmico.
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Equilíbrio Térmico
Lei Zero da Termodinâmica
Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro sistema estão em
equilíbrio térmico entre si.
A C B C A B
T A = T C T B = T C logo T A = T B
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Equilíbrio Térmico
Qualquer corpo com uma temperatura superior ao zero absoluto (zero kelvin) emiteradiação. Como tal, os corpos estão constantemente a emitir radiação e a receber energiada radiação emitida por tudo o que os rodeia.
Numa situação em que as trocas de energia só se dão por radiação podem ocorrer trêssituações:
Se um corpo emite uma maior quantidade de energia por radiação do que a queabsorve, a sua temperatura diminui.
Se um corpo emite uma menor quantidade de energia por radiação do que a queabsorve, a sua temperatura aumenta.
Se um corpo emite tanta energia por radiação como a que absorve, a sua temperaturaestabiliza, isto é, atinge o equilíbrio térmico (ou, neste caso, equilíbrio radiativo).
Equilíbrio radiativo – A energia emitida pelo corpo por
radiação é igual à energia absorvida por radiação.
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Balanço energético da Terra
Estudos comprovaram que a temperatura média terrestre tem-se mantido constante, ouseja, pode-se considerar que o planeta Terra está em equilíbrio radiativo.
Energia emitida pela Terra(por unidade de tempo e de área)
=
Energia absorvida pela Terra
(por unidade de tempo e de área)
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Balanço energético da TerraDeterminação da temperatura média de equilíbrio radiativo da Terra
Energia recebida pela Terra
Quase toda a energia que recebemos vem do Sol, sob a forma de radiação.
À quantidade média de energia, por unidade de área e unidade de tempo, que chega aotopo da atmosfera terrestre, num plano perpendicular aos raios do Sol e uma distânciamédia do Sol, designa-se por constante solar e o seu valor é, aproximadamente
1370 W/m2
.
A constante solar apresenta um valor, aproximado, de 1370 W/m2 , no entanto, deve-seter em conta a constante solar efetiva, que corresponde a cerca de um quarto daconstante solar, ou seja, 343 W/m2.
Como chegamos a esses valores:
• A quantidade total da energia recebida pela Terra é determinada pela projeção da suasuperfície sobre um plano perpendicular à propagação da radiação (π R2, onde R é oraio da Terra.
• O planeta roda em torno do seu eixo, logo, essa energia é distribuída, embora de forma
desigual, sobre toda a sua superfície (4π
R
2
). Dai que a radiação solar média recebidasobre a Terra, designada por insolação seja 343 W/m2 (1/4 da constante solar).
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Nem toda a radiação que incide no topo da nossa atmosfera atinge a superfície terrestre, isto é,
parte dessa radiação é refletida na atmosfera, nas nuvens e na própria superfície terrestre .
Balanço energético da TerraDeterminação da temperatura média de equilíbrio radiativo da Terra
Balanço energético do globo terrestre (os números indicados estão expressos em percentagem).
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Balanço energético da Terra
Energia recebida pela Terra
Determinação da quantidade de energia, por unidade de área e por unidade de tempoque é absorvida pela superfície da Terra.
Determinação da quantidade de energia, por unidade de área e por unidade de tempo
que é refletida pelo sistema “Terra+atmosfera”.
O albedo da Terra (fração da radiação que é refletida para o espaço) corresponde a 30 %.
2W/m10334330,030,0 refletidarefletidaincidenterefletida I I I I
2W/m240103343
absorvidaabsorvida
refletidaincidenteabsorvidaabsorvidarefletidaincidente
I I
I I I I I I
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Balanço energético da Terra
Energia emitida pela Terra
Considerando que a Terra está em equilíbrio radiativo, a energia absorvida pela Terra éigual à energia emitida pela Terra. Deste modo a intensidade irradiada pela Terra será:
I = 240 W/m2.
De acordo com a Lei de Stefan-Boltzmann4T e I
Considerando que a Terra é um corpo negro, a sua emissividade é 1, ou seja, e = 1.
Como se explica, então, que a temperatura média da Terra sejam
15 ⁰C em vez dos – 18 ⁰C?
Determinação da temperatura da superfície da Terra
K 255)W/(m1067,51
W/m2404
428
2
44
T T
T e
I T
e
I T
Relacionar a temperatura na escala kelvin com a temperatura na escala Celsius.
C18CK 273255C273K C273CK T T T T T T
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Efeito de Estufa
Há determinados gases atmosféricos que absorvem a radiação de infravermelhos. Os mais
importantes são o vapor de água, o dióxido de carbono, o metano e o óxido nitroso, queexistem na troposfera. Estes gases designam-se por gases de efeito de estufa ou gases de
estufa.
Os gases irradiam a energiaabsorvida, que volta para a
Terra antes de sernovamente reemitida poresta.
A radiação permanecerámais tempo no sistema“Terra”. É daí que resulta oefeito de estufa,responsável pela diferençaentre os dois valores (15 ⁰C e – 18 ⁰C ).
Interpretação
Simulação:
“Greenhouse effect ”
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Efeito de EstufaEvolução da concentração na atmosfera de quatro dos cinco gases responsáveis
por 97% do efeito estufa antropogénico.
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Efeito de Estufa
Contudo, o efeito de estufa tem vindo a aumentar nas últimas décadas, provocando umaalteração do clima na Terra. Pensa-se que isto se deve ao aumento muito rápido da
concentração de dióxido de carbono na atmosfera. Isto acontece por causa do excessivo
consumo de combustíveis fósseis e os incêndios florestais e destruição contínua das
florestas mundiais.
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Efeito de Estufa
Consequências
Subida do nível médio das águas do mar.Derretimento dos calotes polares.
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Efeito de Estufa
Consequências
Intensificação dos movimentos populacionais.
Aumento da desertificação.
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Prejuízos na saúde humana(doenças típicas das regiões quentes.
Efeito de Estufa
Consequências
O derretimento dos permafrost e consequente
libertação de metano para a atmosfera.
Alterações climáticas.
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O efeito do Homem no planeta Terra
Dois documentários a ver: “ An Inconvenient Truth” e “Home” de Yann Arthus Bertrand