Ficha nº5

1.3.3 Transferências de energia por calor

1.3.4 Radiação e irradiância. Painéis fotovoltaicos

1. Para que haja transferência de energia por calor entre dois corpos, é necessário que ...

I. ... estejam a temperaturas diferentes.

lI. ... tenham massas diferentes.

IlI. ... exista um meio condutor de calor entre eles.

Das afirmações I, lI e IlI são correta(s):

A. I

B. l e lll 

C. III

D. Todas.

2. Os satélites estão, geralmente, equipados com painéis fotovoltaicos, que produzem energia elétrica para o funcionamento dos sistemas elétricos a bordo. Considere que a irradiância solar média, ao nível da órbita de um satélite geoestacionário, é 1,40 x 103 W m-2.

2.1 Para que a intensidade média de radiação solar incidente num painel, colocado num satélite geoestacionário, seja 1,40 x 103 W m-2, esse painel terá de estar orientado segundo um plano

A. perpendicular à direção da radiação incidente, e poderá ter uma área diferente de 1 m2.

B. perpend icular à direção da radiação incidente, e tem de ter uma área de 1 m2.

C. paralelo à direção da radiação incidente, e tem de ter uma área de 1 m2.

D. paralelo à direção da radiação incidente, e poderá ter uma área diferente de 1 m2.

2.2 Admitindo que um satélite geoestacionário está equipado com um conjunto de painéis fotovoltaicos, adeq uadamente orientados, de rendimento médio 15% e de área total 12,0 m2, determine a energia elétrica média produzida por aquele conjunto de painéis fotovoltaicos durante uma hora.

3. Calor é a energia transferida entre dois sistemas quando entre eles existe uma diferença de temperatura. A transferência de energia sob a forma de calor pode ocorrer por condução, convecção ou radiação.

Relativamente aos mecanismos de transferência de energia sob a forma de calor, selecione a opção correta.

(A) Na condução, a transferência de energia sob a forma de calor ocorre de partícula a partícula, dentro de um corpo ou entre dois corpos em contacto.

(B) Num fluido, a transferência de energia sob a forma de calor ocorre apenas por convecção.

(C) A transferência de energia sob a forma de calor por radiação exige contacto entre os sistemas.

(D) A condução e a convecção são processos de transmissão de calor que ocorrem em metais.

4. Em qual das afirmações a palavra «calor» está usada de modo correto?

(A) Se a temperatura de um corpo não se alterar ele não perde calor.

(B) Se a temperatura de um corpo aumentar ele armazena calor.

(C) Se a temperatura de um corpo diminuir ele perde parte do calor que nele estava armazenado.

(D) Se a temperatura de um corpo aumentar pode ter havido transferência de energia para o corpo através de calor.

5. Ao aproximar-se da Terra, uma nave espacial, de massa 1,0 x 104 kg e capacidade térmica 1,25 x 106 J K-1, desloca-se 1,0 km na vertical, com velocidade constante.

5.1. Calcule a variação de energia mecânica da nave.

5.2. Qual a variação de energia interna do sistema nave + vizinhança?

5.3. Se a variação de energia interna da nave for 50% da variação de energia interna do sistema nave + vizinhança, qual a variação de temperatura da nave ao aproximar-se da Terra?

6. Para fazer a fusão de um material X, é necessário aquecê-lo previamente até à temperatura de 1000 ºC.

Colocou-se num forno um bloco com 800 g de massa desse material, que se encontrava à temperatura de 20 ºC. Calcule o valor da energia que é necessário fornecer ao bloco para atingir a temperatura de 1000 ºC (CblocoX = 4,13 J kg-1 ºC-1).

7. A termografia é uma técnica de diagnóstico que utiliza o princípio físico que qualquer corpo com uma temperatura maior do que zero absoluto (-273,15 ºC) emite radiação eletromagnética.
A termografia tem aplicações em diversas áreas e setores, como, por exemplo, na emissão de certificados de desempenho energético na área da
habitação ou na deteção de intrusos.

A figura mostra duas pessoas numa cozinha, detetadas com uma câmara de radiação infravermelha.

7.1. A que se deve a existência de diferentes "cores" na figura?

7.2. A temperatura das pessoas é superior ou inferior à temperatura ambiente da cozinha?

8. À temperatura ambiente:

(A) os corpos emitem e absorvem radiação.

(B) os corpos só emitem radiação.

(C) só o corpo humano emite radiação infravermelha.

(D) os corpos absorvem de igual modo a radiação que neles incide.

9. Os dois painéis fotovoltaicos do teles cópio espacial Hubble [NASA/ESA]. que orbita a Terra a cerca de 600 km de altitude, têm um comprimento de 7,50 m, uma largura de 2,50 m e um rendimento de 14,0%.

9.1 Assinale a opção correta.

A. Os painéis fotovoltaicos do telescópio Hubble transformam energia da radiação eletromagnética em energia elétrica.

B. Os painéis fotovoltaicos transformam energia térmica em energia elétrica.

C. Os painéis fotovoltaicos do telescópio Hubble têm um rendimento muito superior aos utilizados na atualidade em terra.

D. Os painéis fotovoltaicos utilizados nas habitações também servem para aquecimento de águas sanitárias.

9.2 Calcule a potência elétrica (máxima) que os pai néis fotovoltaicos do Hubble são capazes de transferir para os componentes elétricos do telescópio se a irradiância solar média, na alta atmosfera, for de 535 W/m2.

9.3 Conclua se esses painéis fotovoltaicos conseg ui riam «alimentar» um conjunto de dispositivos elétricos que , funcionando durante meia hora, «consumiram» 4,05 MJ de energia.

10. Pretende-se substituir o carregador comum de um telemóvel por um módulo fotovoltaico com rendimento de 12%.

A bateria fica carregada quando está ligada durante duas horas a uma fonte de corrente contínua que estabelece entre os seus terminais uma d.d.p. de 5,0 V e permite uma corrente de 450 mA.

Calcule a área que deve ter o módulo fotovoltaico para carregar a bateria nas condições referidas, quando iluminado com irradiância de 250 W m-2.

11. Uma casa tem instalados painéis fotovoltaicos com uma área de 8,0 m2. O rendimento dos painéis é de 25% e encontram-se orientados de forma a receberem o máximo da potência solar incidente. A energia solar incidente, em média, por dia e por unidade de área, é 2,52 x 107 J m-2. O consumo energético diário na habitação é, no máximo, de 40 x 106 J.

11.1. A instalação está devidamente dimensionada para as necessidades previstas?

11.2. Qual a área de painéis a instalar se se pretender assegurar o dobro do consumo energético diário da habitação?

12. Todos os corpos absorvem alguma radiação, mas nem todos absorvem a mesma. De que depende a radiação absorvida pelos corpos?

13. Dimensione um pequeno painel fotovoltaico para carregar a bateria do seu telemóvel ou do seu computador.

14. À temperatura ambiente, a maioria dos corpos são visíveis aos nossos olhos, não pela luz que emitem, mas pela luz que refletem. Se nenhuma luz incidir sobre eles, não os podemos ver. No entanto, os corpos emitem radiação e, a temperaturas muito altas, tornam-se visíveis mesmo no escuro.

14.1. Apresente um exemplo do que foi referido no texto.

14.2. À temperatura ambiente, o corpo humano emite predominantemente na região do infravermelho. Esta radiação pode ser detetada com máquinas sensíveis à radiação infravermelha.

a) Apresente exemplos de aplicações que funcionem com base nesta propriedade.

b) A intensidade total da radiação emitida (irradiância) por uma pessoa é de 448,3 W m-2. A área de superfície do seu corpo é cerca de 1,50 m2. Calcule a quantidade de energia emitida durante o intervalo de tempo de 10 min.

15. Retira-se de um forno, à temperatura de 100 ºC, um bloco de ferro com 20 cm3 de volume, que se encontrava em equilíbrio térmico com o mesmo. Calcule a energia que é transferida por calor durante o processo de arrefecimento do bloco até atingir a temperatura ambiente de 20 ºC.
Exprima o valor em joule e indique o sentido da transferência de energia.
Dados: ρferro = 7,85 g cm-3 e Cferro = 0,11 cal g-1 ºC-1

16. Por que razão se usam telhados negros em casas situadas em zonas frias?

Contactos

© Triplex