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Introdução a radiação solar

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Minha palestra sobre Radiação Solar atualizada em 01/02/2016 e ministrada no curso Explorando a Meteorologia, da Estação Meteorológica do IAG-USP

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Introdução a radiação solar

  1. 1. Introdução a Radiação Solar Curso “Explorando a Meteorologia” - primeiro semestre - 2017 Samantha N. S. Martins Almeida Meteorologista Site da Estação Meteorológica do IAG-USP: http://www.estacao.iag.usp.br/ Site Pessoal: http://www.meteoropole.com.br
  2. 2. Para inspirar ...
  3. 3. Agora começando de verdade...
  4. 4. 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
  5. 5. 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
  6. 6. Como o Sol gera sua energia? Reações de fusão nuclear Fusão de dois átomos do elemento químico Hidrogênio (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
  7. 7. 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.
  8. 8. 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°) Leia Mais Estações do ano!
  9. 9. Energia Solar que chega até a Terra As Estações do Ano Leia Mais 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.
  10. 10. Energia Solar que chega até a Terra Inverno no HS / Verão no HN Solstício de Inverno no HN / Solstício de Verão no HS
  11. 11. Energia Solar que chega até a Terra Inverno no HN / Verão no HS Solstício de Inverno no HN / Solstício de Verão no HS
  12. 12. Energia Solar que chega até a Terra Equinócio de Outono ou Equinócio de Primavera Leia Mais Leia Mais
  13. 13. Características da Energia Solar: energia eletromagnética
  14. 14. Energia Eletromagnética A 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.
  15. 15. Energia Eletromagnética As ondas eletromagnéticas deslocam-se sempre na velocidade da luz (c) : c f   : comprimento de onda f: frequência c = 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
  16. 16. Espectro Eletromagnético Como 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
  17. 17. Espectro Eletromagnético (Lei de Wien) T 0028976,0 max 
  18. 18. Espectro Eletromagnético Levando em consideração a Lei de Wien: mm T 7 max 10.40000004,0 6000 0028976,00028976,0   Temperatura média da superfície do Sol (3° slide), só que em Kelvin A emissão máxima do Sol ocorre na região visível do espectro Mas isso não significa que o Sol não emita radiação em outras regiões do espectro!
  19. 19. Espectro Eletromagnético Diferentes retratos do Sol em diferentes comprimentos de onda. Fonte
  20. 20. >  > f Espectro eletromagnético - Visível A parte visível do espectro é normalmente associada as cores do arco-íris.
  21. 21. Espectro eletromagnético - Visível Quando 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.
  22. 22. Espectro eletromagnético - Infravermelho Levando em consideração a Lei de Wien (desta vez para a Terra): mm T 5 max 100000096,0 300 0028976,00028976,0   Temperatura média da superfície da Terra, em Kelvin. A emissão máxima da Terra ocorre na região infravermelha do espectro!
  23. 23. Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre
  24. 24. Sinônimos para Radiação Solar: -Ondas Curtas -Visível Sinônimos para Radiação Terrestre: -Ondas Longas -Infravermelho Espectro eletromagnético - Definições Agora que conhecemos algumas propriedades advindas da Lei de Wien:
  25. 25. 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!
  26. 26. 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!
  27. 27. Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre Para medir apenas a radiação solar direta: Pireliômetro Fonte: Estação de Caicó
  28. 28. Instrumentos para medir a Radiação Solar e Radiação Terrestre Para medir a radiação terrestre: Saldo-radiômetro (ou saldo-piranômetro, net-piranômetro).
  29. 29. 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
  30. 30. O Sol como fonte de Energia -Aquecimento solar [1] -Energia Solar Fotovoltaica [2] -Energia Heliotérmica [3] [1] [2] [3]
  31. 31. Efeitos biológicos da Luz Solar
  32. 32. Espectro eletromagnético – Efeitos Biológicos
  33. 33. Espectro eletromagnético – Efeitos Biológicos Não chegam até a superfície Raios gama (g) Raios-X Raios ultravioleta Chegam parcialmente até a superfície
  34. 34. Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta
  35. 35. Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
  36. 36. Camada de Ozônio Espectro eletromagnético – A radiação ultravioleta Material do Prof. Marcelo Correa – EAD Índice UV
  37. 37. 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
  38. 38. ‘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.
  39. 39. ‘Buraco’ camada de ozônio Leia Mais
  40. 40. ‘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. Leia Mais
  41. 41. 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
  42. 42. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população O índice é uma forma de facilitar o acesso a informação, tornando-a mais simples.
  43. 43. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
  44. 44. Veja o índice todos os dias e em outras localidades aqui. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
  45. 45. 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.
  46. 46. 2) Localização geográfica: Quanto mais próximo do Equador, mais radiação solar incidente e consequentemente, mais radiação UV: A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
  47. 47. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população 3) Hora do dia Cerca 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.
  48. 48. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população 4) Estações do ano Inverno: menos radiação solar global.
  49. 49. 5) Condições atmosféricas: nuvens e aerossóis A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
  50. 50. 6) Tipo de superfície: neve, areia... A radiação solar é refletida pela superfície A radiação ultravioleta: Conscientizando a população
  51. 51. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população Proteja-se dos perigos da exposição inadequada a radiação solar
  52. 52. A radiação ultravioleta: Conscientizando a população Proteja-se dos perigos da exposição inadequada a radiação solar Mais informações no Programa Sol Amigo
  53. 53. 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
  54. 54. Conclusão A Radiação Solar Para finalizar: não existe bronzeado seguro.

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