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Parte 2 Sistema internacional de unidades Sistema solar, Sol e a Terra Radiação solar Radiação terrestre Efeito Estufa Temperatura de equilíbrio Parte.

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1 Parte 2 Sistema internacional de unidades Sistema solar, Sol e a Terra Radiação solar Radiação terrestre Efeito Estufa Temperatura de equilíbrio Parte 21

2 Sistema Internacional de Unidades Parte 22 Esse sistema é conhecido como SI (iniciais de Sistema Internacional). XI Conferência Geral de Pesos e Medidas (realizada em Paris, 1960). Baseado no sistema MKS (metro-quilograma-segundo).

3 Unidades Fundamentais do SI Parte 23 Distância: metro (m) Massa: quilograma (kg), Tempo: segundo (s) Temperatura: Kelvin (K) Corrente elétrica: ampére (A) Número de partículas: mol (mol) Intensidade de luz: candela (cd) Ângulo: radiano (rad) Ângulo sólido: esferorradiano (sr).

4 Padrões Internacionais Parte 24 O metro padrão foi definido em 1983 como a distância percorrida pela luz no vácuo em um intervalo de tempo de 1/ de segundo. O quilograma é a massa de um cilindro padrão de platina-irídio guardado e polido mensalmente em Paris, França.

5 Unidades derivadas Parte 25 Fonte: Meteorology Today Derivadas

6 Unidades em Meteorologia Parte 26 Fonte: Meteorology Today

7 Unidades em Meteorologia Parte 27 Fonte: Meteorology Today

8 Atmosfera Parte 28 Atmosfera é a camada de ar que envolve a Terra. Atmosfera vem do Grego atmos(ατμός ) = vapor mais dosphaera(σφαίρα ) = invólucro. Atmosfera significa invólucro de vapor. O ar da atmosfera é vital para a nossa existência. Com ausência de comida e água podemos sobreviver alguns dias, mas sem oxigênio sobreviveríamos apenas alguns minutos.

9 Importância da atmosfera Parte 29 Se não houvesse atmosfera na Terra não teríamos oceanos, lagos, nuvens ou por do sol avermelhado. Não haveria som ou a cor azul do céu. A Terra seria muito fria durante a noite e muito quente durante o dia (como a Lua). Mesmo sendo inodora e insípida e, na maior parte do tempo invisível, a atmosfera nos protege dos RAIOS ULTRA-VIOLETA (UV) e apresenta uma mistura de gases que permite a existência da vida no planeta

10 Atmosfera é muito fina Parte 210 Espessura da atmosfera Fonte: NASA

11 Sistema Solar Parte 211 O universo contém bilhões de galáxias, que por sua vez, contêm bilhões de estrelas. As estrelas são esferas constituídas de gases em temperaturas altíssimas, cuja energia provém da fusão nuclear onde hidrogênio é convertido em hélio e uma grande quantidade de energia é produzida.

12 O Sol é uma estrela de classe G, de grandeza média situada em uma das extremidades de Via Láctea.

13 Sistema Solar e Terra Parte 213 Orbitando o Sol temos 8 planetas, asteroides e cometas, compondo o sistema solar. Fonte: NASA

14 Fonte: Meteorology Today

15 Parte 215 Superfície de Titan, satélite de Saturno: temp: -180 o C Superfície de Vênus: temp +480 o C

16 Parte 216 Superfície de Marte: temp. -5 o C

17 Parte 217 Júpiter: Sua temperatura varia entre o K no núcleo até -165 o C nas camadas mais externas. Zoom na atmosfera de Júpiter

18 Parte 218 Europa, satélite de Júpiter: Zoom de Europa

19 Energia e Calor Parte 219 Energia é a capacidade de realizar trabalho de um corpo ou sistema. A energia de um sistema é medida em joules. 1 joule (J) = 1 Newton metro (N m) Calor é energia em movimento em um corpo ou sistema. O calor sempre flui de uma região de maior temperatura para uma de menor temperatura. E temperatura?

20 Caloria Parte 220 Caloria (cal), definida como a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama (g) de água, a 1 atmosfera (atm), de 15 °C até 16 °C. 1 cal = 4,1855 J. 1 atm = 1013,24 mb = 1013,24 hecto Pascal (hPa) Pressão atmosférica no nível médio do mar.

21 Notação científica Parte 221

22 Sol e a Terra Parte 222 A Terra está cerca de 150 milhões de quilômetros (km) do Sol e, por isso, intercepta somente uma pequena fração da sua energia. Notação científica ou

23 Radiação Parte 223 A energia se propaga através do espaço na forma de ondas eletromagnéticas. Esta forma de propagação de energia é chamada de radiação. A radiação proveniente do Sol é denominada de radiação solar. A radiação solar é a fonte de energia responsável pelos movimentos atmosféricos, ventos, determinando os padrões de tempo meteorológico e de clima.

24 Papel da radiação solar Parte 224 A radiação solar mantém a temperatura média da superfície da Terra em torno de 15 o C (59 o F). A Terra experimenta um intervalo grande de variação de temperaturas Antártida –89 o C (-124 o F) em Vostok Deserto subtropical de 50 o C (122 º F). Recorde foi em Tripoli, Libia: 58 º C! Recorde de variação em um mesmo dia: -5 o C para 47 o C

25 Graus Celsius e Fahrenheit Parte 225 Celsius em Kelvin Fahrenheit em Celsius Fonte: Meteorology Today

26 Temperatura da superfície Parte 226 Fonte: Abril de 2003NASA

27 Temperatura média Parte 227 T 1, T 2...T N são os valores de temperatura nas estações meteorológicas espalhadas no planeta. N = número de estações meteorológicas.

28 Radiação Solar Parte 228 A radiação solar é definida como a quantidade de energia por unidade de área e unidade de tempo, ou fluxo de energia solar. O fluxo de energia que atinge a Terra é quase constante e igual a 1366 W m -2. Energia por unidade de tempo = joules (J) por segundo (s). J s -1 = Watts (W).

29 Fluxo de Energia Parte 229 A radiação solar é definida como a quantidade de energia por unidade de área e unidade de tempo, ou fluxo de energia solar. Unidade J.s -1.m -2 ou W.m -2

30 Exercício em classe Qual é o montante de energia que atinge a Terra em Watts por segundo, sendo o raio da Terra de ~ 6500 km. Parte 230

31 Instante inicial t = t 0 Parte 231 E( t 0 ) = 0 E Área A Energia

32 Instante final t = t 0 + t Parte 232 Área A E E( t 0 + t) = E Energia

33 Fluxo de energia Parte 233 E = quantidade de energia t = intervalo de tempo S = Fluxo de energia

34 Variação Espacial do Fluxo de Energia Emitida pelo Sol Parte 234 Fonte: Meteorology Today Sol

35 Fluxo de energia através das áreas A 1 e A 2 Parte 235 Área A 1 Área A 2

36 Quantidade de energia ( E) por intervalo de tempo ( t) Parte 236 Atravessa a área A 1 Atravessa a área A 2

37 Dado que quantidade de energia ( E) por intervalo de tempo ( t) é constante, então: Parte 237

38 Se a quantidade de energia ( E) por intervalo de tempo ( t) não varia, então o fluxo de energia (S) diminui quando a área aumenta. Parte 238

39 Radiação solar incidente esfera que envolve o Sol Parte 239 r s = raio da esfera que envolve a superfície do Sol. S 0 = fluxo de radiação solar na superfície do Sol.

40 Princípio de conservação de energia A quantidade de energia, por unidade tempo, emitida pelo Sol e que passa através da esfera que envolva o Sol é igual a quantidade de energia, por unidade de tempo, que passa através de qualquer outra esfera que envolva o Sol. Parte 240

41 Área da esfera de raio r Parte 241 r A = 4 r 2

42 Aplicação do princípio da conservação de energia Se não existe nenhum sorvedouro de energia no espaço entre a Terra e o Sol, então a quantidade total de energia (por unidade de tempo) que sai do sol através da sua superfície é igual a quantidade de energia (por unidade de tempo) que chega superfície que envolve o sol e intercepta a Terra: Parte 242

43 O fluxo de radiação solar diminui com o quadrado da distância ao Sol Parte 243 S(r) = fluxo de radiação solar a uma distância r do Sol

44 Exercício 1 1. Calcule o fluxo de radiação na superfície do Sol considerando o fluxo de radiação solar na Terra é igual a 1366 W m -2 e a distância Sol-Terra igual a 150 milhões de quilômetros. Parte 244

45 A intensidade da radiação solar chega na Terra Parte 245 Observações: S = 1366 W m -2 d = distância Sol -Terra. r = raio da esfera com o Sol no centro e interceptando a Terra.

46 Quantidade de energia solar interceptada pela Terra por unidade de tempo. Parte 246

47 Taxa de variação temporal de energia solar na Terra

48 Taxa de variação temporal de energia solar em qualquer planeta Parte 248 r s = raio da esfera que envolve a superfície do Sol. S 0 = fluxo de radiação solar na superfície do Sol. r = raio da esfera com o Sol no centro e interceptando a planeta. r P = raio do planeta.

49 Fonte: Meteorology Today Efeito da distância ao Sol na temperatura média da superfície do planeta

50 Albedo Planetário Parte 250 Quanto maior o albedo de um planeta maior é a quantidade de energia refletida e menor a temperatura média do planeta.

51 Albedo Parte 251 Fonte: Meteorology Today

52 Parte 252 Albedo da Terra 30% da energia solar incidente sobre a Terra é refletida de volta para o espaço. 70% é absorvida.

53 Energia solar absorvida pela Terra Parte 253 Energia solar refletida pela Terra

54 Temperatura da superfície da Terra é constante? Parte 254 Observações indicam que a temperatura média da superfície da Terra tem permanecido relativamente constante nós últimos 1000 anos. Exceção: pequena Idade do Gelo entre os séculos XV e XVIII.

55 Desvio de temperatura da superfície da Terra Parte 255 Média anual Média 1961 a 1990

56 Evolução da temperatura da superfície nos últimos 1000 anos no Hemisfério Norte Parte 256 Fonte: IPCC

57 Terra está em equilíbrio Parte 257 A quantidade de energia solar absorvida é igual a quantidade de energia emitida na forma de radiação infravermelho. Fonte: Meteorology Today

58 Equilíbrio Radiativo Parte 258 Absorvido Radiação Solar T~5800K Emitido Infravermelho T~300K

59 Radiação Terrestre Parte 259 R IV é o fluxo de radiação infravermelha emitida pela Terra.

60 Igualando a radiação absorvida e emitida pela Terra Parte 260

61 Estimativa da Radiação Terrestre Parte 261

62 Emissão de Corpo Negro Parte 262 Considerando Terra emitindo como um corpo negro então o fluxo de radiação emitido pela Terra está relacionado com a temperatura da Terra através da seguinte expressão: E é a emissão de corpo negro da Terra (W m -2 ). σ = 5,67 x W m -2 K -4. T é a temperatura da Terra em Kelvin (+273K). Lei de Stefan-Boltzman.

63 Lei de Stefan-Boltzman Parte 263 Permite, também, estimar a temperatura equivalente de emissão de corpo negro que qualquer objeto, incluindo-se a Terra e o Sol. Permite estimar o fluxo de radiação emitido de corpo negro de qualquer objeto, incluindo-se a Terra e o Sol, a partir apenas da sua temperatura.

64 Emissão Solar de Corpo Negro Parte 264 T SOL = 5800 K Exercício 1

65 Temperatura de Equilíbrio Parte 265 Observado

66 Efeito estufa causado pela atmosfera Parte 266 Fonte: Meteorology Today Sem atmosfera Com atmosfera

67 Efeito Estufa Parte 267 Aumento da temperatura da Terra produzido pela retenção de energia no sistema na atmosfera. Retenção é devida a presença de gases na atmosfera que permite a passagem da radiação solar e absorvem radiação infravermelho.

68 Aquecimento Global Parte 268 Aumento da temperatura da superfície da Terra observada nos últimos 80 anos. ~ 0,6 o C Este aumento está relacionado ao aumento na concentração de gases causadores do efeito estufa.

69 Evolução temporal da temperatura da superfície nos últimos 140 anos Parte 269 ~ 0,6 o C ~ 80 anos Fonte: ÌPCC

70 Indicadores do efeito Antropogênico Parte 270 Revolução industrial Fonte: IPCC

71 Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas Parte 271 Reconhecendo o problema da potencial mudança climática global, a Organização Meteorológica Mundial (OMM) e o Programa Ambiental das Nações Unidas (UNEP) estabeleteram o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) É aberto para todos os membros das ONU e da OMM. Relatório 2001: Anterior. Relatório 2007: Atual.

72 Indicadores antropogênicos Parte 272 Fonte: ÌPCC

73 Nivel do mar Parte 273 Fonte: ÌPCC

74 Exercício 2 2 Calcule a temperatura de equilíbrio do planeta Marte considerando: a) radiação solar na Terra é igual a 1366 W m -2 ; b) distância Sol-Terra igual a 150 milhões de quilômetros; c) Distância Sol-Marte igual a 228 milhões de quilômetros; d) Albedo de Marte igual a 0,17. Parte 274


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