Aula_2b-Energia_e_transferencia_de_energia

“O AQUECIMENTO DA ATMOSFERA”
ENERGIA
E
TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA
ENERGIA – Uma definição Física
•
Definida como “habilidade de produzir um trabalho”
Por exemplo:
(i) Levantar ou transportar um corpo
(uma força aplicada por uma distância necessita de energia)
•
Unidade de Energia no Sistema Internacional de Unidade:
Joule (J = Kg. m2 . s-2)
•
1 joule = 0,239 calorias
•
POTENCIA - Energia (liberada, transferida, recebida ou
emitida) por unidade de tempo.
Unidade no SI: WATT (W = J . s-1)
•
FLUXO DE ENERGIA – energia transferida por unidade de
tempo (POTENCIA) por unidade de área
Unidade no SI: W . m-2
TIPOS DE ENERGIA
• Todas as formas de energia
caem nas categorias gerais de
energia cinética e energia
potencial
• Energia cinética pode ser
vista como uma energia em
uso e freqüentemente é
descrita como energia de
movimento.
• Energia potencial é energia
que ainda não está sendo
usada, tal como uma gotícula
de nuvem que está sempre na
mesma posição em relação à
superfície.
• Como todos os outro objetos.
A gotícula está sujeita ao efeito
da gravidade (um “campo”).
Quanto maior a altitude da
gotícula, maior é sua energia
potencial
CONVERSÃO E TRANSPORTE DE
ENERGIA
Energia pode ser
convertida de uma
forma à outra:
• Energia cinética (movimento)
• Energia térmica (temperatura)
• Energia latente (mudanças de fase)
• Energia potencial (altura)
• Energia química (reações)
• Energia elétrica (potencial elétrico)
• Energia atômica ou nuclear
Energia pode ser
transportada ou
transferida de um lugar
a outro:
• Condução
(movimento molecular)
• Convecção
(movimento da massa do fluido)
• Radiação
(ondas eletromagnéticas – ou
fótons- através do espaço)
1ª. Lei da Termodinâmica: “a energia total sempre se conserva”
CONDUÇÃO
• Movimento de “calor” através de uma substância,
sem deslocamento de moléculas
• Vai sempre (espontaneamente) da região mais quente para a
mais fria (2ª. Lei da Termodinâmica)
• A condução é mais efetiva em materiais sólidos, porem
• É um processo importante em uma camada bem fina
(“camada laminar”) próximo à superfície da Terra.
CONVECÇÃO
• Transferência de calor por mistura turbulenta do fluido
• Diferente da condução, na convecção ocorre o
deslocamento (movimento) do meio (do fluido)
Durante o dia, o calor da superfície da Terra aquece uma fina camada de ar em
contato com a superfície. Acima dessa camada laminar o ar aquecido por baixo se
expande e sobe devido à sua “flutuabilidade” (empuxo) natural
(uma parte do fluido menos densa tende a “flutuar” quando dentro de um fluido mais denso)
RADIAÇÃO
• Radiação
é o único mecanismo de
transferência de energia
que pode ser feito sem um meio
• Diferente da condução ou da convecção,
a transferência de energia por radiação
pode ocorrer no espaço vazio.
• Praticamente toda a energia disponível na
Terra se origina no sol.
• Porem, radiação é emitida por todos os corpos
“O ar na baixa atmosfera é aquecido por baixo”
A radiação solar aquece o solo e o ar em contato com ele é aquecido por condução,
convecção, e radiação infravermelha. Depois ocorre aquecimento durante a
condensação quando o calor latente é liberado dentro da nuvem
“Principio da Conservação de Energia
• Uma das “leis fundamentais da natureza”
• Primeira Lei da Termodinâmica:
“A energia não pode ser criada nem
destruida (somente transformada)”
Ou seja:
A ENERGIA É CONSERVADA
Abordagem “sistêmica” do
Principio da Conservação de Energia
Sistema
Terra/Atmosfera
SISTEMA:
ENTRADA
• transformação
SAIDA
• armazenamento
Radiação solar
de onda curta
Radiação solar de
onda curta +
Radiação terrestre
de onda longa
Abordagem “sistêmica” do
Principio da Conservação de Energia
DUAS POSSIBILIDADES:
i) ENTRADA = SAIDA
•
•
•
Não ocorre mudança no estado de energia do sistema
O sistema está em equilíbrio energético
A energia que sai não tem necessariamente a mesma
forma da energia que entra (mas a quantidade é a mesma)
i) ENTRADA ≠ SAIDA
→ mudança no armazenamento
•
•
•
O sistema ganhou ou perdeu energia para o “ambiente”
O sistema não está em equilíbrio (energético)
Ocorre transformação de energia
CONSEQUÊNCIAS TÉRMICAS
• DESEQUILIBRIO: aquecimento ou esfriamento
No sistema Terra/Atmosfera,normalmente sobre
- Escala de tempo anual → estações
- Escalas de tempo muito longas → mudanças climáticas
- Escalas de tempo mais curta → circulações
• EQUILIBRIO: temperatura não muda
No sistema Terra/Atmosfera,normalmente sobre
- Escala de tempo medias → ~ clima estável
- Boa aproximação quando considerado alguns anos
- Boa aproximação para o globo como um todo