Equilibrio termico

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.




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




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.



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)



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).



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).




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




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



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 ”



Efeito de EstufaEvolução da concentração na atmosfera de quatro dos cinco gases responsáveis

por 97% do efeito estufa antropogénico.



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.



Efeito de Estufa

Consequências

Subida do nível médio das águas do mar.Derretimento dos calotes polares.



Efeito de Estufa

Consequências

Intensificação dos movimentos populacionais.

Aumento da desertificação.



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.



O efeito do Homem no planeta Terra

Dois documentários a ver: “ An Inconvenient Truth” e “Home” de Yann Arthus Bertrand

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