Radiação Solar

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Universidade Federal do Amazonas
Instituto de Educação, Agricultura e Ambiente
Programa de Pós-Graduação em Ciências Ambientais
Radiação Solar
Disciplina: Interação Biosfera Atmosfera II 	 Prof. Dr. José Maurício da Cunha
Conteúdo:
 Radiação (Leis da radiação)
 Constante solar
 Ângulo zenital
 Triângulo atmosférico
 Radiação solar incidente
Referência:
Ometto, J. C. Bioclimatologia Vegetal. São Paulo: Editora Agronômica Ceres, 1981, 425p.
Meteorologia e Climatologia – M. A. Varejão-Silva – Versão Digital 2 - 2006
 Duração máxima do dia
 Massa ótica
 Radiação solar incidente considerando a atmosfera
 Instrumental utilizado em radiação solar
 Estimativa da radiação solar
Radiação
Energia radiante;
Natureza corpuscular (fóton) ou como onda eletromagnética; 
Comprimento de onda (λ)
Frequência de oscilação (ν)
Ótica ondulatória
λ
λ→ metros (m)
ν→ Hertz (Hz)
Radiação
Energia radiante;
Natureza corpuscular (fóton) ou como onda eletromagnética; 
Velocidade de propagação de uma onda eletromagnética
Comprimento de onda (λ)
Frequência de oscilação (ν)
Ótica ondulatória
λ
λ→ metros (m)
ν→ Hertz (Hz)
?
Radiação
Energia radiante;
Natureza corpuscular (fóton) ou como onda eletromagnética; 
Velocidade de propagação de uma onda eletromagnética:
Comprimento de onda (λ)
Frequência de oscilação (ν)
Ótica ondulatória
λ
λ→ metros (m)
ν→ Hertz (Hz)
Velocidade da luz
Transformar ν em λ
Espectro eletromagnético
Radiações conhecidas deste 10-10 cm (raios gama) até 107 cm (ondas longas de rádio) 
Visão humana
Fonte: Varejão-Silva (2006)
Absorção e emissão de radiação
Todo corpo acima de 0 K emite e absorve radiação (Princípio de Prevot);
Goody e Walker (1975)
Absorção e emissão de radiação
Todo corpo acima de 0 K emite e absorve radiação (Princípio de Prevot);
Goody e Walker (1975)
Absorção e emissão de radiação
Todo corpo acima de 0 K emite e absorve radiação (Princípio de Prevot);
Goody e Walker (1975)
Conservação da energia
Dada uma quantidade de radiação que incide (Qλ) sobre um corpo;
Uma certa parcela dessa radiação pode ser absorvida (Qaλ), outra refletida (Qrλ) pelo corpo e outra transmitida (Qtλ);
Entretanto:
Princípio da conservação da energia
Leis da radiação
Corpo negro (aλ=1)
Fonte: Varejão-Silva (2006)
Leis da radiação
Lei de Kirchhoff (equilíbrio radiativo):
Não depende do corpo, mas apenas da temperatura e do comprimento de onda (Godske et al, 1957);
Se um corpo não absorve energia radiante em um dado comprimento de onda, ele não poderá emitir nesse comprimento de onda. 
Meλ= emitância monocromática
Leis da radiação
Lei de Stefan-Boltzman: experimentalmente, a radiação emitida por um corpo negro em todos os comprimentos de ondas é proporcional a quarta potência da temperatura absoluta 
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Leis da radiação
Lei de Stefan-Boltzman: experimentalmente, a radiação emitida por um corpo negro em todos os comprimentos de ondas é proporcional a quarta potência da temperatura absoluta 
Emitância de um corpo real
= coeficiente de emissividade
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Leis da radiação
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Leis da radiação
Lei de Wien:
Fonte: Varejão-Silva (2006)
Leis da radiação
Lei de Wien:
Quando a T aumente, λ diminui;
Quanto maior T da superfície emissora, mais λ se aproxima do ultravioleta;
 Caso T diminua, λ tenda para o infravermelho.
Corpo frio não emite luz
Leis da radiação
Lei de Planck: a radiação e a emissão de energia radiante são discretas de denominada de quanta;
Leis da radiação
Lei de Planck: a radiação e a emissão de energia radiante são discretas de denominada de quanta;
Radiação solar
Radiação solar
99,9% da radiação na faixa de 0,15 a 4,0 µm;
Radiação solar
99,9% da radiação na faixa de 0,15 a 4,0 µm;
Radiação global
 Radiação direta
 Radiação difusa
Radiação solar
99,9% da radiação na faixa de 0,15 a 4,0 µm;
52% na faixa do infravermelho;
44% na faixa do visível;
4% na faixa do ultravioleta;
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Radiação solar
Origem:
Catalizadores:
Carbono 
Nitrogênio
Radiação solar
Verifica-se a redução de 0,044 E-24 g da massa do Sol (4 vezes a massa do próton);
6,644 E-24 g 
4*1,672 E-24 g 
Energia
Radiação solar
Energia Liberada no processo de formação de uma partícula alfa
Radiação solar
Apenas 0,66% de prótons se transforma em energia.
Energia Liberada no processo de formação de uma partícula alfa
Constante solar
A quantidade de energia proveniente do Sol (em unidade de tempo) que é interceptada por uma superfície plana, de área unitária, perpendicular à direção dos raios solares e situada a uma distância do Sol à distância média Terra-Sol, num espaço fora da influência da atmosfera.
Constante solar
Constante solar
Constante solar
Para uma distância qualquer D
 Quantidade de energia que incide perpendicularmente sobre uma superfície horizontal unitária por unidade de tempo. 
Constante solar
Fonte: Varejão-Silva (2006)
Ângulo zenital
Ângulo zenital
Posição de zênite: 
Dentro dos trópicos duas vezes ao ano;
Fora dos trópicos nunca ocupa.
Exercício
Ângulo zenital do Sol
Trigonometria
Trigonometria
Trigonometria
Ângulo zenital do Sol
Ângulo zenital do Sol
Ângulo zenital do Sol
Z = ângulo zenital;
Φ = latitude
δ = declinação
h = ângulo horário 
Ângulo zenital do Sol
0
1
Nos pólos, Φ = 90° e Φ = -90°:
Ângulo zenital do Sol
0
1
Pólo Norte: o Sol permanece acima do plano horizontal enquanto a declinação for positiva (21 de março a 23 de setembro);
Pólo Sul: o Sol permanece acima do plano horizontal enquanto a declinação for negativa (23 de setembro a 21 de março);
Nos pólos, Φ = 90° e Φ = -90°:
Ângulo zenital do Sol
Quando o Sol culmina em relação ao observador (meio dia, h = 0°);
Soluções possíveis: , o que implica para Z = 0° 
é que Φ = δ. 
Somente entre os trópicos
Radiação solar incidente instantânea, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Io, Φ e δ permanece praticamente constante. Assim:
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
tn = nascer do Sol
tp = por do Sol
Io, Φ e δ permanece praticamente constante. Assim:
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
tn = nascer do Sol
tp = por do Sol
tm = meridiano
tp = por do Sol
Io, Φ e δ permanece praticamente constante. Assim:
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
tn = nascer do Sol
tp = por do Sol
tm = meridiano
tp = por do Sol
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Radiação solar incidente durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Radiação solar incidente (cal cm-2 dia-1) durante todo o dia, em uma superfície horizontal, na ausência da atmosfera 
Duração máxima do dia
O ângulo zenital do nascer ao por do Sol é de 90°. Logo, cos 90° = 0:
0
Duração máxima do dia
O ângulo zenital do nascer ao por do Sol é de 90°. Logo, cos 90° = 0:
0
Duração máxima do dia
 Durante um dia o Sol descreve dois semi-arcos idênticos
 Para dada 15° é equivalente a 1 hora 
Duração máxima do dia
 Durante um dia o Sol descreve dois semi-arcos idênticos
 Para dada 15° é equivalente a 1 hora 
= 0,1333 h
Duração máxima do dia
 Durante um dia o Sol descreve dois semi-arcos idênticos
 Para dada 15° é equivalente a 1 hora 
Massa ótica
A parcela absorvida em cadacamada infinitesimal é constante:
Massa ótica
Radiação solar incidente instantânea, em uma superfície horizontal, considerando a atmosfera 
Saldo de radiação na superfície
Saldo de radiação na superfície
Q
QR
QA
QS
Rn
Saldo de radiação na superfície
Q
QR
QA
QS
Rn
Saldo de radiação na superfície
Q
QR
QA
QS
Rn
Saldo de radiação na superfície
Q
QR
QA
QS
Rn
Saldo de radiação na superfície
Q
QR
QA
QS
Rn
 Aquecimento;
 Fotossíntese;
 Calor latente
O albedo varia com:
Propriedades físicas dos materiais;
Ângulo zenital do Sol;
Com a espécie de vegetação
Saldo de radiação na superfície
Instrumental para radiação e insolação
Pireliômetro: Irradiância direta
Piranômetro Eppley: radiação solar em superfície plana.
Medidor de radiação de radiação
Atividades:
1
2