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• Energia Solar
• Plasma
• Constante solar
• Efeito Estufa
• Temperaturas

Em seu cotidiano, os seres humanos gastam energias de diversas modalidades: mecânica, térmica, elétrica, química, solar etc.

O princípio geral da conservação da energia pode ser enunciado:

" A energia pode ser transformada de uma modalidade em outra, não podendo ser criada nem destruída; a quantidade total de energia no universo é constante."

A principal fonte de energia, essencial à vida humana, é o Sol, que é uma estrela com cerca de cinco bilhões de anos de idade. A radiação solar produz a fotossíntese, que é responsável pela produção de alimentos vegetais, de lenha, de carvão e do petróleo. Ela produz, também, evaporação e ventos que, por sua vez, permitem o aproveitamento da hidreletricidade. Enfim, o ciclo do carbono e os ciclos da água e do ar, que são a base dos insumos energéticos humanos, são ciclos movidos a energia solar.

O Sol atua como reator nuclear, promovendo a fusão de átomos de hidrogênio, produzindo hélio. O plasma, um estado da matéria muito particular, no núcleo do Sol, sofre transformações semelhantes às que ocorrem na explosão de uma bomba de hidrogênio, passando a emitir radiação, principalmente sob a forma de luz e calor. Essa radiação não é visível, pois ainda tem de atravessar as camadas externas do astro, um percurso muito longo. Cogita-se que um raio de luz leve milhões de anos, chocando-se com as partículas do plasma, até emergir na superfície brilhante. Em tempo: a luz leva cerca de oito minutos para chegar à Terra.

Dentro de cinco bilhões de anos, no entanto, o Sol deve extingüir suas ações, esgotar-se-á seu combustível e um excesso de produção energética verificar-se-á. Uma lenta explosão terá início, o Sol inchará, como um balão, envolvendo os planetas mais próximos, inclusive a Terra. De amarelo a vermelho, passando pelo laranja, a superfície do Sol brilhante e extremamente grande terá uma temperatura mais baixa, porém a emissão de calor será maior.

Já em sua decrepitude, a então gigante vermelha que o Sol deu origem, cozinhará a Terra em fogo brando. A temperatura do planeta vai subir consideravelmente. As calotas polares derreterão, os oceanos "transbordarão", submergindo grande parte dos atuais continentes e um calor infernal espalhar-se-á por toda a parte. A vida? Nenhuma forma de vida que possa existir é capaz de resistir a tal situação.

Finalmente, onde um dia houve um Sol, uma anã-branca se fará presente. Muito menor que o Sol, ela, agora, consumirá o que, um dia, foi produto de reações termonucleares, prolongando sua sobrevivência. Após algumas centenas de milhões de anos, o corpo celeste agora, negro e gelado, não mais brilhará.

Durante todo o declínio deste império, nuvens de gases e matéria estelar (do Sol e dos planetas, mesmo Plutão) serão emitidas cosmos afora.

Carl Sagan trata deste assunto em "COSMOS- EPISÓDIO N^o9- A VIDA DAS ESTRELAS".

Mistura gasosa de íons positivos e negativos mas eletricamente neutra. Algumas vezes, chamado de "o quarto estado da matéria" , pois ele se comporta diferentemente de sólidos, líqüidos e gases. plasmas, sob alta temperatura, são usados nas experiências de fusão controlada.

Quantidade de energia solar que inside sobre uma superfície de um metro quadrado, situada logo acima da atmosfera, perpendicularmente aos raios do Sol. A constante solar é igual a 1350W/m² .

Nem toda energia que o Sol emite atinge a superfície da Terra. Uma grande parte é absorvida e refletida pelas nuvens e pela atmosfera.

A quantidade de energia que chega à Terra a cada segundo, é igual ao produto da constante solar pela área de um disco com raio igual ao da Terra (6370km=6,37x10⁶ m):

1350W.m.^-2 . 3,14 . (6,37x10⁶m)² = 1350W.m^-2 . 3,14 . ( 40,58x10¹²)m² = 1,72x10¹⁷W = 170x10⁹ MW

A potência solar interceptada pela Terra é de 170 bilhões de megawatts (MW), ou seja, a energia solar chega à Terra à razão de 170 bilhões de megajoules por segundo.

Desses 170 x 10⁹ MW que provêm do Sol, 70 x 10⁹MW são refletidos e, em parte, absorvidos pelas núvens, que cobrem cerca de metade da superfície terrestre. Outros 25 x 10⁹ MW são absorvidos pelo ar antes de atingirem o solo. Os 75 x 10⁹ MW restantes alcançam a superfície da Terra.

Em tempo: estima-se que a energia irradiada pelo Sol seja da ordem de 10²⁶ a 10²⁷ J por segundo e, portanto, só um bilionésimo dessa energia é efetivamente absorvida pela Terra, os tais 75 x 10MW. Deste valor, 23,3% aquecem os solos, 66,6% evaporam a água dos oceanos e rios, 10% aquecem o ar, produzindo ventos e 0,1% é usado por plantas marinhas e terrestres na fotossíntese.

A energia solar que penetra pela atmosfera aquece a Terra, que emite radiação infravermelha.

Esta radiação não consegue escapar integralmente para o espaço devido à atmosfera, que faz o papel de vidro de uma estufa. Sem ela, a Terra seria 30ºC mais fria; portanto, os gases da atmosfera (dióxido de carbono, metano, água etc) garantem condições adequadas à manutenção de vida no planeta. Se a quantidade desses gases for aumentando, a energia retida da atmosfera será maior, aumentando a temperatura do planeta.

Como as indústrias, carros etc liberam constantemente gases para a atmosfera, alguns cientistas afirmam que, nos próximos cinqüenta anos, poderá haver um aumento de, aproximadamente 2ºC na temperatura média do planeta. Isto poderia provocar o degelo das calotas polares, elevando o nível das marés e inundando regiões mais baixas. Além disso, mudanças climáticas colocariam em risco a vida de plantas e animais.

(Adaptado de: Toscano, Carlos e Gonçalves Filho, Aurélio.Física e Realidade,São Paulo,Scipione, volume 2.)
 

Algumas temperaturas interessantes:

10^-7,5K (0,0000000316K): até agora, pelo menos, a mais baixa temperatura atingida em laboratório foi de 0,00000005K. Embora as temperaturas obtidas só distem a vigésima milionésima parte de um grau do zero absoluto, é inútil esperar que venhamos a atingir exatamente o zero absoluto. Embora falte ser extraído cada vez menos calor, a soma que pode ser extraída por qualquer processo concebível é sempre menor que a totalidade do calor presente.

10^0,5K (3,16K): a temperatura média do universo é de cerca de 3K

10⁰ ºC (1ºC = 274,15K): essa temperatura é bastante familiar a todos aqueles que vivem nas zonas temperadas do mundo. Em Nova Iorque, por exemplo, durante um dia comum de inverno, essa é, muitas vezes, a temperatura da atmosfera.

10^1,0 ºC (10 ºC = 283,15K): temperatura no início da primavera na cidade de Nova Iorque, uma temperatura que parece bastante agradável após o frio do inverno, embora possamos achá-la um tanto fria no início do outono, após o calor do verão. A temperatura média da superfície da Terra, incluindo dia e noite, inverno e verão, regiões polares e trópicos, é de aproximadamente 14 ºC, embora, na maioria dos lugares, verifiquem-se, em geral, temperaturas consideravelmente mais altas ou mais baixas.

10^1,5 ºC (31,6 ºC = 304,75K): um dia quente de verão em Nova Iorque. A temperatura normal do corpo humano é de 37 ºC. As reações químicas que estão sempre ocorrendo dentro do corpo humano produzem calor, de modo que, a temperatura é mantida, embora o calor seja continuamente perdido para o mundo externo, que, geralmente, mantém uma temperatura mais baixa. Somos, pois, animais de sangue quente, podendo estarmos sempre ativos, precisando de um generoso abastecimento de comida para conservar o calor do corpo. Se a temperatura estiver muito baixa, a perda de calor para o ambiente frio se processa numa taxa tão rápida que, nenhuma soma de comida poderá compensá-la e o animal congelará. No entanto, o nível de perda de calor é reduzido por camadas solantes, como as penas nos pássaros, o cabelo nos mamíferos ou os isolantes artificiais que as roupas constituem para o homem, ou mesmo o uso do fogo. Por outro lado, se a temperatura estiver extremamente alta, torna-se difícil a irradiação do calor continuamente gerado dentro do corpo. É por essa razão que uma temperatura de 24 ºC parece mais agradável do que temperaturas mais altas ou mais baixas. O ser humano não conta, apenas, com a perda de calor por irradiação ou processos semelhantes. Como ele também sua, uma película de água passa a cobrir a superfície do corpo. A água se evapora e esse processo absorve calor. O calor necessário para este fim é retirado da superfície do corpo, tendo, assim, um efeito refrescante. A sudação é o sistema de ar condicionado do corpo. Se já há considerável vapor no ar, a evaporação é lenta. A sudação é produzida numa taxa inversa que a da evaporação, o líqüido se amontoa na pele e começamos a suar intensamente - o sistema de ar condicionado não consegue trabalhar de forma adequada. É por isso que uma temperatura de cerca de 30 ºC pode ser bem tolerada se o ar está bastante seco, mas se torna difícil de suportar quando o ar eatá úmido.

10^2,0 ºC (100 ºC = 373,15K): em média, a Lua está tão distante do Sol quanto a Terra, mas não tem atmosfera para absorver o calor do Sol e, por meio de correntes de ar, distribuí-lo ao redor de sua esfera. Além disso, enquanto qualquer ponto da superfície do nosso planeta só se conserva na luz do Sol por cerca de doze horas de cada vez, a superfície da Lua, que gira muito mais lentamente, pode ficar exposta à luz solar por mais de 350 horas. Como resultado, determinados pontos na superfície da Lua atingem, ao meio dia lunar, temperaturas de até 117 ºC.

10^2,5 ºC (316 ºC = 589,15K): se subíssemos pela atmosfera, primeiro a temperatura cai abaixo dos níveis da superfície. No entanto, quanto mais ganhamos altura, menos densa é a atmosfera; a luz do Sol que é absorvida, sendo distribuída em número muito menor de partículas, fornece a cada uma delas, um conteúdo de energia maior do que é possível na superfície. A temperatura, então, se eleva. A uma altitude de 115km, a temperatura da atmosfera está ao nível de 300ºC. Se nos imaginarmos escavando um túnel para dentro da Terra, a temperatura aumenta e a densidade também. À medida que a temperatura se eleva, o calor total presente, num dado volume de matéria, se eleva ainda mais depressa. Acerca de 3 ou 4km abaixo da superfície, a temperatura novamente alcançará essa ordem de grandeza. Portanto, se quisermos enviar perfuratrizes a esse nível de profundidade, o problema da temperatura não pode ser ignorado. O planeta Mercúrio, assim como a Lua, não tem atmosfera e sua rotação é muito lenta. Além disso, está bem mais perto do Sol e a temperatura da superfície pode chegar a 430 ºC no ponto de sua órbita em que o Sol fica mais próximo. A mais quente superfície planetária do sistema solar é a de Vênus. Embora mais distante do Sol que Mercúrio, vênus tem uma atmosfera muito densa, constituída principalmente de gás carbônico, que capta o calor solar e não o deixa escapar facilmente. A temperatura, portanto, eleva-se além de qualquer coisa que possa existir nas superfícies da Lua ou de Mercúrio. Além disso, como não há atmosfera na Lua e em Mercúrio para distribuir o calor na parte da noite, a temperatura desses astros, durante os longos períodos noturnos, cai para níveis muito baixos. Em Vênus, a atmosfera distribui eficientemente o calor, de modo que a temperatura na superfície é aproximadamente a mesma em toda a parte, dos polos ao equador, durante o dia e durante a noite. Em todo canto e todo tempo, a temperatura se situa em torno de 460ºC.

10⁷K (10000000K): temperatura do centro das estrelas. A temperatura central de uma pequena estrela anã-vermelha chega a 8000000K, enquanto a de nosso Sol é de provavelmente 15000000K.

10^8,5K (316000000K): estima-se que as temperaturas no centro de uma grande bomba de hidrogênio cheguem a 400000000K.

10³²K: as teorias atuais não permitem que os físicos calculem as condições existentes a menos de 10^-43 segundos após o Big Bang. Nesse momento, o universo era muito, muito menos volumoso que um único próton do tipo que hoje conhecemos, sua temperatura devia se situar neste patamar, cem milhões de trilhões kelvin.

L@PEQ - FEUSP  Atividade CA-3: Qual é a sua temperatura favorita?