introdução a radiação solar
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Introdução a Radiação SolarCurso “Explorando a Meteorologia” - primeiro semestre - 2017
Samantha N. S. Martins AlmeidaMeteorologista
Site da Estação Meteorológica do IAG-USP: http://www.estacao.iag.usp.br/Site Pessoal: http://www.meteoropole.com.br
Para inspirar ...
Agora começando de verdade...
O que vamos ver:
• Natureza do Sol e da Radiação Solar• Espectro Eletromagnético• Instrumentos para medir a Radiação Solar• Aproveitamento do Sol como fonte de Energia• Os Efeitos da Radiação UV
Alguns números do Sol
• Distância média até a Terra: 150 milhões de quilômetros
• Diâmetro médio: 1,392×109 m (109x o diâmetro da Terra)
• Temperatura na superfície: aprox. 6000°C• Temperatura no núcleo: aprox. 15,7 × 106 °C
(15.700.000°C
Como o Sol gera sua energia?
Reações de fusão nuclear
Fusão de dois átomos do elemento químicoHidrogênio (H), que resulta no elemento químico Hélio (He).
Essa reações de fusão liberam energia equivalente a 3,83 x 1026 W por segundo.
9,15 x 1016 toneladas de
TNT por segundo
Energia Solar que chega até a Terra
Problema de Escala!Se o Sol tivesse 16,51cm de diâmetro , Terra teria 0,15cm e a distância entre eles seria de 18 passos! [veja mais aqui]
Problema de Excentricidade!A trajetória da Terra em torno do Sol é elíptica, mas é uma elipse pouco excêntrica (~quase~ circular). Veja mais aqui.
Energia Solar que chega até a Terra
O que vai determinar a quantidade de energia solar que chega até a superfície é a inclinação do eixo terrestre (~23°)
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Estações do ano!
Energia Solar que chega até a TerraAs Estações do Ano
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A Energia Solar que chega na Terra é praticamente igual ao longo do ano todo.Mas devido a inclinação do eixo terrestre, as regiões mais próximas do equador recebem radiação solar. E durante o verão de um hemisfério, ele fica mais “privilegiado” e recebe mais radiação solar.
Energia Solar que chega até a Terra
Inverno no HS / Verão no HNSolstício de Inverno no HN / Solstício de Verão no HS
Energia Solar que chega até a Terra
Inverno no HN / Verão no HSSolstício de Inverno no HN / Solstício de Verão no HS
Energia Solar que chega até a Terra
Equinócio de Outono ou Equinócio de Primavera
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Características da Energia Solar: energia eletromagnética
Energia EletromagnéticaA luz solar é uma forma de energia chamada Energia Eletromagnética ou Radiação Eletromagnética. Todos os objetos que emitem luz emitem radiação eletromagnética.
Energia Eletromagnética: combinação entre um campo elétrico E e um campo magnético M.
Mecânica Quântica: a energia eletromagnética é consequência do deslocamento dos fótons.
Energia EletromagnéticaAs ondas eletromagnéticas deslocam-se sempre na velocidade da luz (c) :
c f : comprimento de onda f: frequênciac = 300.000.000 m/s
Considerando que a velocidade da luz no vácuo (c) seja constante:
a frequência (f) é inversamente proporcional ao comprimento de onda ().
isto é, quando f aumenta, diminui, e vice-versa
Espectro EletromagnéticoComo a velocidade da luz sempre é constante, temos várias combinações entre e f.
c f Cada comprimento de onda possui uma frequência diferente.
A radiação solar é composta por
Espectro Eletromagnético
(Lei de Wien)T
0028976,0max
Espectro EletromagnéticoLevando em consideração a Lei de Wien:
mmT
7max 10.40000004,0
60000028976,00028976,0
Temperatura média da superfície do Sol (3° slide), só que em Kelvin
A emissão máxima do Sol ocorre na região visível do espectroMas isso não significa que o Sol não emita radiação em outras regiões do espectro!
Espectro Eletromagnético
Diferentes retratos do Sol em diferentes comprimentos de
onda.
Fonte
>
> f
Espectro eletromagnético - Visível
A parte visível do espectro é normalmente associada as cores do arco-íris.
Espectro eletromagnético - VisívelQuando a Radiação Solar chega na Terra:
A superfície da Terra, as nuvens, o gás Ozônio (O3) e alguns tipos de poeira absorvem radiação solar [visível].
Após a absorção da radiação solar, a superfície da Terra emite radiação solar [infravermelho]. A radiação infravermelha é absorvida por alguns gases da atmosfera.
Espectro eletromagnético - Infravermelho
Levando em consideração a Lei de Wien (desta vez para a Terra):
mmT
5max 100000096,0
3000028976,00028976,0
Temperatura média da superfície da Terra, em Kelvin.
A emissão máxima da Terra ocorre na região infravermelha do espectro!
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Sinônimos para Radiação Solar:- Ondas Curtas- Visível
Sinônimos para Radiação Terrestre:- Ondas Longas- Infravermelho
Espectro eletromagnético - DefiniçõesAgora que conhecemos algumas propriedades advindas da Lei de Wien:
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Actinógrafo: Radiação solar total
Piranômetro: também mede a radiação solar total
Radiação Solar total = Radiação Solar que vem direto do Sol +
Radiação Solar Espalhada
Os dois instrumentos abaixo medem radiação integrada em todo o espectro!
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Alguns piranômetros são projetados para medir em apenas uma região do espectro:
Piranômetro projetado para medir apenas radiação UV!
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Para medir apenas a radiação solar direta: Pireliômetro
Fonte: Estação de Caicó
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Para medir a radiação terrestre:
Saldo-radiômetro (ou saldo-piranômetro, net-piranômetro).
Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
Heliógrafo: mede a quantidade de horas de brilho solar. Não faz nenhum tipo de medida de energia, faz apenas uma medida de luminosidade
O Sol como fonte de Energia- Aquecimento solar [1]- Energia Solar Fotovoltaica [2]- Energia Heliotérmica [3]
[1]
[2]
[3]
Efeitos biológicos da Luz Solar
Espectro eletromagnético – Efeitos Biológicos
Espectro eletromagnético – Efeitos Biológicos
Não chegam até a
superfície
Raios gama (g) Raios-X
Raios ultravioleta
Chegam parcialmente
até a superfície
Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta
Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta
Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
Camada de Ozônio
Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta
Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
O gás Ozônio (O3) , presente na camada de ozônio absorve a maior parte da radiação ultravioleta.
Durante o processo de absorção, o gás oxigênio (O2) presente na estratosfera é destruído pela radiação UVC, virando dos átomos solitários de oxigênio. Esses átomos solitários são instáveis e por isso acabam sendo recebidos pelo O2 que não foi destruído. Temos então uma formação de mais moléculas de O3 que absorvem a radiação UVB e se dissocia em O2 e O. É o chamado Ciclo de Chapman.
A camada de ozônio
‘Buraco’ camada de ozônio
CFC’s: elementos totalmente inertes, usados como gás de refrigeração. Na atmosfera. Devido aos movimentos atmosféricos, foram transportados para os pólos. Reagem com o O3, destruindo-o.
Buraco na camada de ozônio: fenômeno bem localizado . Diminuição da concentração de ozônio nas regiões polares.
‘Buraco’ camada de ozônio O Protocolo de Montreal sobre substâncias que destroem a
camada de ozônio é um tratado internacional que propõem cessar/diminuir a produção de um determinado número de substâncias responsáveis pela depleção do ozônio estratosférico.
O tratado foi assinado em 16/09/1987 e entrou em vigor em 01/01/1989. Desde então, sofreu 5 revisões: 1990 (Londres), 1992 (Copenhague), 1995 (Viena), 1997 (Montreal) e 1999 (Pequim). Devido ao grande apoio e implementação, tal tratado é sempre lembrado como um exemplo de cooperação internacional.
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Agora já sabemos que a radiação UV:
É a radiação entre os comprimentos de onda entre 100 e 400 nm, dividida em:
UVC (100 – 280 nm) – não chega à superfície UVB (280 – 315 nm) – fortemente absorvida pelo O3
UVA (315 – 400 nm) – compõem a maior parte da R-UV
Atinge a superfície em pequenas quantidades, porém suficientes para provocar efeitos fotoquímicos e fotobiológicos importantes.
Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
O índice é uma forma de facilitar o acesso a informação, tornando-a mais simples.
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
Veja o índice todos os dias e em outras localidades aqui.
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
Índice UV é forma de quantificar simplificadamente a quantidade de radiação UV que chega na superfície. O valor do índice vai depender principalmente de seis fatores:
1) Altitude do Local: Quanto mais alta é a localidade, menos densa é a atmosfera e, portanto, menos R-UV é espalhada e absorvida. Portanto, maior é a quantidade de R-UV na superfície. A R-UV incidente aumenta cerca de 10 a 12% a cada quilômetro de altitude.
2) Localização geográfica: Quanto mais próximo do Equador, mais radiação solar incidente e consequentemente, mais radiação UV:
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
3) Hora do diaCerca de 20 a 30% da quantidade de R-UV no verão chega a Terra em torno do meio-dia (entre 11h e 13h), e cerca de 70 a 80% entre as 9h e 15h.
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
4) Estações do anoInverno: menos radiação solar global.
5) Condições atmosféricas: nuvens e aerossóis
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
6) Tipo de superfície: neve, areia...A radiação solar é refletida pela superfície
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
Proteja-se dos perigos da exposição inadequada a radiação solar
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
Proteja-se dos perigos da exposição inadequada a radiação solar
Mais informações noPrograma Sol Amigo
A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
Os casos de câncer de pele não-melanoma são os mais comuns entre todos os tipos de câncer diagnosticados no Brasil;
Estudos revelam uma população despreparada em relação aos métodos de proteção, e desinformada sobre os efeitos da R-UV sobre a saúde;
Os níveis de R-UV, em condições de céu claro, são muito elevados na maior parte do ano e em quase todo território brasileiro;
A prevenção ao câncer de pele, assim como de qualquer tipo de doença, resulta em tratamentos menos traumáticos e mais positivos, bem-estar social e economia para os cofres públicos.
Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
Conclusão
A Radiação Solar Para finalizar: não existe bronzeado seguro.