A Professora: Cristina Vieira da SilvaCristina Vieira da SilvaCristina Vieira da SilvaCristina Vieira da Silva

Fsica e Qumica A Fsica e Qumica A Fsica e Qumica A Fsica e Qumica A 10 10 10 10 ANOANOANOANO FICHA DE TRABALHO N. 13

TEMA Do Sol ao aquecimento parte 1

111... Um leitor de CD-ROM utiliza um laser que opera a 3,84 x 1014 Hz, com uma

potncia mdia de 5 mW; um laser de dodo utilizado na tecnologia DVD

opera a 650 nm, com uma potncia mdia de 8 mW; a tecnologia Blu-ray

Disc utiliza um laser que opera a 7,40 x 1014 Hz.

1.1. Relaciona o comprimento de onda das radiaes utilizadas num CD-ROM

e num Blu-ray Disc.

1.2. Identifica, justificando, a regio do espectro electromagntico em que

operam cada um destes lasers. Indica, se possvel, a cor da radiao

emitida por cada um dos lasers.

1.3. Comenta a seguinte afirmao:No se pode concluir que o laser utilizado na tecnologia Blu-ray

Disc apresente, necessariamente, uma potncia mdia maior do que o laser de um leitor CD-ROM.

222... Na figura 1 representa-se, de um modo aproximado, o

que sucede radiao solar quando incide no planeta

Terra. O valor mdio da energia solar por unidade de

tempo e rea que incide no planeta de 1370 W m-2.

2.1. Em que camada da atmosfera existe maior

absoro de energia?

2.2. Identifica trs contribuies para a albedo da

Terra.

2.3. Qual dever ser a intensidade da radiao

reflectida pelas nuvens?

2.4. Determina a energia total absorvida por um

terreno rectangular de dimenses 20 m x 30 m

durante uma hora.

2.5. Indica trs variveis que influenciam a potncia da

radiao solar por unidade de rea que incide numa determinada cidade da Terra.

333... Duas estrelas X e Y tm temperaturas superficiais de 6000 K e 3000 K, respectivamente (figura 2).

Cor /nm Violeta 380 450

Azul 450 495

Verde 495 570

Amarelo 570 - 590

Laranja 590 620

Vermelho 620 - 750

Figura 1

Figura 2

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O mximo da radiao emitida pela estrela X ocorre para mx,X = 483 nm e o seu raio aproximadamente igual ao do Sol (rSol = 6,96 x 10

8 m). Recorda que a rea de uma superfcie esfrica

de raio r igual a 4 pi r2.

3.1. Uma estrela pode apresentar diferentes cores consoante

a temperatura a que se encontra. Associa as

temperaturas indicadas na figura 3 a cada uma das

seguintes cores: amarelo, amarelo-alaranjado,

amareloesbranquiado, vermelho.

3.2. Relaciona as intensidades da radiao emitida pelas

duas estrelas X e Y.

3.3. Qual a potncia da radiao emitida pela estrela X?

3.4. Relaciona os comprimentos de onda correspondentes ao

mximo da radiao emitida pelas estrelas Y e X.

3.5. Ser possvel a estrela Y, estrela mais fria, emitir a

mesma potncia de radiao que a estrela X, mais

quente? Justifica.

444... A radiao solar absorvida nos trpicos excede a a emitida, mas isso compensado pelo excesso de

radiao emitida nas regies polares relativamente radiao a absorvida.

Quando se compara o espectro de emisso da Terra com o de um corpo negro a 255 K, o que mais se

destaca uma emisso mais intensa na regio entre 12,5 m e 8,0 m, a que corresponde um corpo negro com uma temperatura prxima de 290 K. Esta banda a janela de vapor de gua, para a qual

uma atmosfera sem nuvens muito transparente. esta janela que permite que a Terra no aquea

demasiado.

Existe uma banda de absoro intensa, centrada nos 15 m, do dixido de carbono. Mas a razo fundamental para que a temperatura da Terra seja de 290 K (15 C) e no 255 K (- 18 C) a

absoro no IV-prximo e IV-curto (entre 1 m e 2,5 m) pelo vapor de gua atmosfrico. Adaptado de http://climate.gsfc.nasa.gov/static/cahalan/Radiation/EarthRadVblackbody.html (em 8/10/08)

4.1. Comenta a seguinte afirmao: A radiao solar absorvida nos trpicos excede a a emitida, mas

isso compensado pelo excesso de radiao emitida nas regies polares relativamente radiao

a absorvida.

4.2. Justifica a seguinte afirmao: o que mais se destaca uma emisso mais intensa na regio entre

12,5 m e 8,0 m, a que corresponde um corpo negro com uma temperatura prxima de 290 K.

4.3. De acordo com o texto, quais so as substncias que contribuem para que a Terra apresente uma

temperatura mdia de 18 C?

4.4. O que sucederia temperatura da Terra se no existisse a janela de vapor de gua?

4.5. Compara o espectro de emisso trmica da Terra com a de um corpo negro a 290 K.

Extrado de Preparar o exame nacional, Texto Editores

Figura 3

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TEMA Do Sol ao aquecimento parte 1 - Resoluo

111...

1.1.

mfc

ROMCD7

14

8

1081,71084,3

103

=

==

mrayBlu7

14

8

1005,41040,7

103

=

=

93,11005,41081,7

7

7

=

=

rayBlu

ROMCD

1.2. CD-ROM = 7,81 10-7 m = 781 nm (Infra-vermelho) DVD = 650 nm (Visvel) blu-ray = 4,05 10-7 m = 405 nm (Visvel)

1.3. Do CD-ROM no possvel definir a cor pois trata-se de radiao no visvel; DVD vermelho e do

blu-ray violeta.

1.4. Para o blu-ray disc s fornecida informao acerca da frequncia da radiao, o que nos permite

tirar concluses acerca da energia da radiao. No entanto, a potncia est relacionada com a

rapidez com que a energia transferida e, sobre o tempo, no h informao. A afirmao

verdadeira.

222...

2.1. De acordo com a figura, na atmosfera d-se absoro em duas camadas: 2% na estratosfera e

17% na troposfera.

2.2. Reflexo nas nuvens (20%); reflexo na superfcie (4%) e difuso (6%).

2.3. Iincidente = 1370 W/m2

As nuvens reflectem 20%, logo:

1370 0,20 = 274 W/m2

2.4. A = 20 30 = 600 m2

t = 1 h = 3600 s De acordo com a figura, de toda a radiao solar incidente, absorvida na superfcie 51% (28 +

23).

Iabsorvida = 1370 0,51 = 699 W/m2

WPPAPI 51019,4

600699 ===

JEEt

EP 95 1051,13600

1019,4 ==

=

2.5. Latitude, altitude, hora do dia, estao do ano, presena ou ausncia de nuvens.

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333...

3.1. 3000 K: vermelho; 4000 K: amarelo-alaranjado; 5000 K: amarelo; 6000 K: amarelo-

esbranquiado.

3.2. Considera-se que as estrelas so corpos negros.

A = 4 pi r2 = 4 pi (6,96 x 108)2 = 6,09 x 1018 m2

IX = e A T4 = 1 x 5,67 x 10-8 x 6,09 x 1018 x 60004 = 4,48 x 1026 W/m2

IY = e A T4 = 1 x 5,67 x 10-8 x 6,09 x 1018 x 30004 = 2,80 x 1025 W/m2

161080,21048,4

25

26=

=

Y

X

II

A intensidade da radiao emitida por X 16 vezes superior intensidade da radiao emitida por Y.

3.3. P = I A = 4,48 x 1026 x 6,09 x 1018 = 2,73 x 1045 W

3.4.

5,030006000

3000

6000

3000

6000max,

max,

max,

max,

===

=

=

BB

B

B

B

B

Y

X

Y

X

3.5. A potncia directamente proporcional intensidade da radiao emitida e da rea da estrela.

(P=IxA). A intensidade da radiao emitida pela estrela X 16 vezes maior do que a de Y. Logo,

para que as potncias sejam iguais preciso que a rea de X seja 16 vezes menor do que a rea de

Y.

444...

4.1. Quando se fala no equilbrio trmico da Terra considera-se o valor anual mdio para todo o planeta.

No entanto, nas regies tropicais, a taxa de absoro maior do que a taxa de emisso, devido

absoro de calor na atmosfera. Nas calotes polares, a taxa de absoro menor, devido reflexo

da radiao pelo gelo.

4.2. T = 290 K

mmTB 10100,1

29010898,2 53

max ==

==

Este valor est situado entre 8,0 m e 12,5 m.

4.3. A gua e o dixido de carbono.

4.4. O efeito de estufa seria maior e a temperatura da Terra aumentaria.

4.5. O espectro de emisso trmica da Terra semelhante ao de um corpo negro, ao qual foi retirado a

radiao emitida no infravermelho.