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Actividade laboratorial - Relatório Absorção e emissão da radiação
Objectivos 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: . Porque é que o exterior das habitações alentejanas é pintado de branco? . Porque é que a parte interna de um Vaso de Dewar é espelhada? . Porque é que os colectores solares termodinâmicos são pintados com tinta preta?
Introdução 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 pod 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 en 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.
Material: . 2 Termómetros (de 50ºC ± 0,5ºC) . 1 Termómetro (de 110ºC ± 0,5ºC) . 1 Lata pintada de branco . 1 Lata pintada de preto . 1 Lata pintada de cinzento . 1 Candeeiro com uma lâmpada de incandescência . 1 Cronómetro . Papel de alumínio . Parafilm . 1 Conjunto estativo . 1 Régua . 1 Livro . 1 Tesoura
Características do material: . O termómetro utilizado para a experiencia da lata branca e cinzenta têm capacidade para medir temperaturas dos -5ºC aos 50ºC. A medição mais baixa neste é de 1ºC, logo, o erro é de 0,5ºC. . O termómetro utilizado para a experiência com a lata preta tem capacidade para medir de -10ºC a 110ºC. A medição mais baixa neste é de 1ºC, logo o erro é de 0,5ºC. . O cronómetro tem um erro de uma centésima de segundo. . As latas deverão ter a mesma massa, o mesmo diâmetro, e a mesma constituição dos materiais. . As latas têm boa condutividade térmica, pois a sua constituição é metálica. . A superfície interna reflectora do candeeiro é branca, não é espelhada, e a reflexão da radiação com o branco não é total. Procedimento Experimental: 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.
Resultados
Análise dos resultados/ Discussão 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
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. Conclusão 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.
Questões pós-laboratoriais: 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. Bibliografía: . Ventura G.; Fiolhais M.; Fiolhais C.; Paiva J.; Ferreira A.; (2008), 10 FA, Física e Química A; Física; Bloco 1 – 10º/11º ano; 1ª edição; (pág 91,92,93j); Lisboa; Texto Editores, Lda. . Corrêa C, Nunes A, Almeida N. Química; (2003); Física e Química A 10º ano. 1ª Edição, Porto, Portugal; Porto Editora, . http://alv.fisica.uminho.pt/simulacoes/Emissao_e_absorcao_de_radiacao/ simulacao/simul.html (19.03.2010) . http://xeque.dsoc.uevora.pt/~fb/10anot/plano6.pdf (19.03.2010) . http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/ALFQA10/FQA10_ALF0.1.pdf (19.03.2010) . http://www.exames.org/index.php?option=com_docman&task=doc_details&gid=1554&Itemid=45 (22.03.2010) . http://www.esectabua.rcts.pt/informacoes_gerais/curriculos/departamento3/ grupo510/fisqui_a_10ano.pdf (22.03.2010) . http://www.renae.com.pt/_fich/22/FormRen05_SSpencer.pdf (22.03.2010)
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de emissão. O poder de absorção de energia por radiação relaciona-se com
a natureza das superfícies. 
ergia
se dá através da radiação electromagnética. 
brancos
ou cinzentos).
