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Relatório de Actividade Experimental sobre a Absorção e emissão da radiação, realizado no âmbito da disciplina de Física (10º ano).
Esta actividade tem por objectivo estudar e comparar a absorção da radiação por parte de corpos com superfícies distintas (uma com superfície preta, outra com superfície branca e outra com superfície cinzenta), relacionar a taxa de absorção da radiação com a natureza da superfície.
Também se quer reconhecer que a radiação incidente num corpo pode ser parcialmente absorvida, reflectida ou transmitida.
Pretende-se observar e interpretar a evolução da temperatura do ar contido num recipiente até atingir a temperatura constante, fazendo incidir neste recipiente a radiação proveniente de um candeeiro, colocado a uma certa distância. O mesmo procedimento será efectuado para um recipientepreto, branco e cinzento, com iguais dimensões, de forma a serem observadas e comparadas as diferentes variações de temperatura.
E por fim pretende-se obter respostas explicativas às seguintes questões:
A absorção de radiação, e também a emissão, por parte dos corpos está relacionada com a natureza da superfície dos corpos. A radiação incidente numa superfície pode ser, parcialmente, absorvida, reflectida ou transmitida.
Para avaliar em que medida uma superfície é mais absorsora do que reflectora, definem-se o poder de absorção e o poder de emissão. O poder de absorção de energia por radiação relaciona-se com a natureza das superfícies.
Um corpo negro é um corpo ideal na Física, na realidade, tal corpo não existe, existem corpos que se assemelham, sendo bons emissores, bons absorventes e maus reflectores da radiação. Um corpo negro absorve toda a radiação que nele incide, isto é, a sua absorsividade é igual a 1 e a sua reflectividade é nula.
Todo absorvente é bom emissor. Logo o corpo negro, além de absorsor ideal, é também um emissor ideal. A sua emissividade é igual a 1.
Um corpo negro independentemente do material com que é confeccionado, emite radiações electromagnéticas com a mesma intensidade, a uma dada temperatura e para cada comprimento de onda.
A temperatura de um corpo pode diminuir ou aumentar dependendo do corpo com que está em contacto.
Quando as temperaturas, do corpo e das vizinhanças, se igualam, atinge-se o equilíbrio térmico e, a partir deste instante, as trocas de energia entre o corpo e as vizinhanças são iguais. Como tal o equilíbrio térmico é atingido através de um mecanismo de trocas d energia.
O enunciado da Lei Zero da Termodinâmica admite que dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro estão em equilíbrio térmico entre si.
Todos os corpos estão continuamente a emitir e a receber energia, dos corpos que os rodeiam. A transferência dessa energia pode efectuar-se através de três processos: Condução, Convenção e Irradiação.
A convecção ocorre em líquidos e em gases; o transporte de energia dá-se através do movimento livre das partículas; as correntes de convecção consistem no movimento ascensional das massas quentes e descendente das massas frias.
A condução ocorre apenas em sólidos; o transporte de energia dá-se apenas através da vibração das partículas, pois neste estado físico as partículas estão fortemente ligadas umas às outras; É um processo bastante lento.
A irradiação ocorre quando a transferência de energia se dá através da radiação electromagnética.
O Vaso de Dewar (garrafa termo) é constituído de modo a limitar as trocas de energia entre o seu interior e exterior, de forma a que a temperatura no seu interior não varie. Para que tal aconteça, a face interior é recoberta com uma película metálica reflectora espelhada.
2 Termómetros (de 50ºC ± 0,5ºC)
Registou-se a sustentabilidade, e as características dos aparelhos utilizados ( Termómetro e Cronómetro). Calculou-se a incerteza (o erro) para cada um deles.
Cortou-se um pouco de parafilm e com isto cobriu-se o topo da lata branca para ficar o mais isolada possível.
Com a ajuda de uma tesoura, fez-se um orifício no parafilm pela abertura da lata, e de seguida, por esse mesmo orifício introduziu-se até sensivelmente meio do recipiente o termómetro de 50ºC ± 0,5ºC.
Sem o termómetro tocar nas paredes do recipiente, este segurou-se com um conjunto estativo.
Colocou-se um livro por baixo da lata, para impedir trocas de energia pela base da lata com o seu suporte – a mesa, que estava a uma temperatura bastante mais baixa que a lata.
Colocou-se um candeeiro a 15cm da lata (medidos com uma régua); a incidir sobre esta.
Ligou-se o candeeiro e com a ajuda de um cronómetro , registaram-se as temperaturas obtidas do ar do interior da lata, de minuto a minuto numa tabela, durante 20 minutos.
Repetiu-se o mesmo processo com a lata preta, sendo utilizado para esta um termómetro de 110ºC ± 0,5ºC.
E o mesmo se fez também com a lata cinzenta, mas nesta utilizou-se papel de alumínio para revestir o recipiente.
Os resultados obtidos estão afectados por possíveis erros dos termómetros utilizados (0,5ºC) e o erro do cronómetro (0,01 segundos).
Como é possível observar-se, o corpo negro (representado pela lata preta) é aquele que, no mesmo espaço de tempo, sofre um aumento mais significativo da sua temperatura, seguindo-se depois a lata branca e finalmente a lata cinzenta, tal acontece devido ao forte poder de absorção de um corpo de cor escura, (que é muito é superior ao dos corpos brancos ou cinzentos).
Ao fim de um determinado tempo obteve-se uma temperatura parcialmente constante, (na lata preta, desde os 9 até aos 20 minutos, a temperatura manteve-se sempre perto dos 24ºC; na lata branca a partir dos 17 minutos, a temperatura manteve-se sensivelmente constante nos 21,5ºC; Na lata cinzenta, a partir dos 13 minutos a temperatura do ar no interior da lata manteve-se constante nos 21ºC). Isto acontece porque as trocas de energia entre o ar exterior e o ar interior à lata atingiram um valor que são idênticas.
Foi colocado um livro por baixo da lata para evitar trocas de energia entre o recipiente e a mesa, que estava a uma temperatura inferior.
Com os resultados obtidos pode-se concluir que:
Um corpo branco reflecte grande parte da radiação incidente, devido ao seu elevado poder reflector, a temperatura aumenta de uma forma muito lenta, não sofrendo grandes oscilações num espaço de tempo considerável.
Um corpo preto sofre um aumento de temperatura bastante considerável quando exposto a uma radiação num determinado intervalo de tempo, devido ao seu forte poder de absorção.
Um corpo cinzento tem um elevado poder de reflexão, assim, a energia que é reflectida não é absorvida, logo não contribui para o aumento da temperatura do corpo. Devido a este facto, o corpo cinzento sofre uma variação de temperatura pouco relevante, num intervalo de tempo considerável, quando exposto a uma fonte de radiação moderada.
Como tal pode-se inferir que a superfície de um corpo esta directamente relacionada com a absorção da energia por parte do mesmo.
Porque é que o exterior das habitações alentejanas é pintado de branco?
O exterior das habitações alentejanas é pintado de branco porque no Alentejo há muito calor, então o objectivo dos habitantes é manter a casa o mais fresca possível, para tal pintam as paredes da casa de branco, pois esta cor é um excelente reflector, além da cal ser barata. Seria melhor espelhar as casas, mas isso não seria nem económico nem estético.
Porque é que a parte interna de um Vaso de Dewar é espelhada?
A garrafa termo é espelhada porque, sendo este tipo de superfície a melhor reflectora, será aquela que melhor impedirá a saída de energia do interior do termo sob a forma de radiação, ou seja serve para evitar as transferências de energia por radiação (infravermelha para o exterior; aquecimento radiativo do interior do termo por transferência de energia sob forma de radiação do exterior para o interior).
Porque é que os colectores solares termodinâmicos são pintados com tinta preta?
Os colectores termodinâmicos são pintados de preto porque o objectivo destes é conseguir a maior absorção possível, para transformar a energia recebida em energia utilizável, e a cor preta tem um forte poder de absorção, a sua emissividade aproxima-se da de um corpo negro, ou seja, um corpo cuja emissividade é igual a 1.
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