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Radiação solar

Radiação solar

A radiação solar é a energia radiante emitida no espaço interplanetário do sol.

Essa radiação é gerada a partir de reações de fusão nuclear que ocorrem no núcleo solar. A radiação nuclear produz radiação eletromagnética em várias frequências ou comprimentos de onda. A radiação eletromagnética se propaga no espaço à velocidade da luz.

Por que a radiação solar é importante?

A energia solar é a principal fonte de energia e, portanto, o motor que impulsiona o meio ambiente. A energia solar que recebemos através da radiação solar é direta ou indiretamente responsável por aspectos tão importantes para a vida como:

  • Fotossíntese em plantas
  • manter uma temperatura do planeta compatível com a vida.
  • do vento.

A energia solar que atinge a superfície da Terra é 10.000 vezes maior que a energia consumida atualmente por toda a humanidade.

O que significa radiação?

Radiação é a transferência de energia por ondas eletromagnéticas.

A radiação ocorre diretamente da fonte para fora em todas as direções. Essas ondas não precisam de um meio material para se propagar, elas podem atravessar o espaço interplanetário e alcançar a Terra a partir do Sol.

O comprimento de onda e a frequência das ondas eletromagnéticas são importantes para determinar sua energia, sua visibilidade e seu poder de penetração.

Todas as ondas eletromagnéticas se movem no vácuo a uma velocidade de 299.792 km / s.

Qual é a constante solar?

A constante solar é a quantidade de energia recebida na forma de radiação solar por unidade de tempo e área de unidade.

A constante solar é medida na parte externa da atmosfera da Terra em um plano perpendicular aos raios do Sol. Os resultados de sua medição por satélites fornecem um valor médio de 1366 W / m2.

Tipos de radiação solar

A radiação do sol contém três tipos de raios:

  • 49% são raios infravermelhos (IR) que fornecem calor.
  • 43% são raios visíveis (VI) que fornecem luz.
  • 7% são raios ultravioleta (UV).
  • 1% são outros tipos de raios.

Por sua vez, os raios ultravioleta (UV) são subdivididos em três tipos:

  • Ultravioleta A ou UVA: Eles passam facilmente pela atmosfera, atingindo toda a superfície da Terra.
  • Ultravioleta B ou UVB: Comprimento de onda curto. Tem maior dificuldade para atravessar a atmosfera. Eles alcançam a zona equatorial mais facilmente do que em altas latitudes.
  • Ultravioleta C ou UVC: Comprimento de onda curto. Eles não passam pela atmosfera. Eles são absorvidos pela camada de ozônio.

Características da radiação solar

A radiação solar é distribuída por um amplo espectro de amplitude não uniforme com a forma típica de um sino, como é típico do espectro de um corpo negro com o qual a fonte solar é modelada. Portanto, não está concentrado em uma única frequência.

O máximo de radiação é focado na faixa de radiação ou luz visível com um pico a 500 nm fora da atmosfera da Terra, de acordo com a lei de Wien, que corresponde à cor verde ciano.

A banda de radiação fotossinteticamente ativa oscila entre 400 e 700 nm, corresponde à radiação visível e é equivalente a 41% da radiação total. Dentro da radiação fotossinteticamente ativa existem sub-bandas com radiação:

  • azul-violeta (400-490 nm)
  • verde (490-560 nm)
  • amarelo (560-590 nm)
  • vermelho alaranjado (590-700 nm)

Ao atravessar a atmosfera, a radiação solar é sujeita a fenômenos de reflexão, refração, absorção e difusão pelos vários gases atmosféricos em um grau variável, dependendo da frequência. Consequentemente, o solo do espectro solar é irregular comparado ao detectado nos limiares externos da atmosfera com a presença de bandas típicas de absorção ou reflexão.

Como a radiação solar se espalha na atmosfera e na superfície da terra?

Devido às características da atmosfera da Terra, a radiação solar sofre certas alterações para atravessá-la e atingir a superfície.

Balanço de radiação

Em média, a Terra recebe 1.366 W / m² (constante solar) do Sol. Isso está relacionado aos limiares da atmosfera e ao plano perpendicular aos raios solares recebidos: é, portanto, necessário levar em consideração que a radiação solar em A Terra atinge um limite esférico por 1.440 minutos por dia, diminuindo em 75%. A atmosfera, por sua vez, filtra os raios do Sol em certa medida, como cada corpo, causando:

  • Um reflexo e uma dispersão de raios, devido ao seu albedo, às próprias nuvens e gases atmosféricos.
  • Uma absorção que causa um aumento de temperatura, como resultado da qual emite radiação em qualquer direção, de acordo com a lei de Wien. No entanto, essa absorção é modesta na faixa de luz visível, tornando-a transparente à luz solar direta.

    Aproximadamente metade da radiação solar passa pela atmosfera sem alteração. A radiação que faz isso é chamada de radiação líquida. Metade da radiação líquida finalmente contribui para a evaporação das massas de água, portanto, a energia solar disponível é aproximadamente um quarto da energia total emitida.

    A estratosfera absorve os raios ultravioletas incluídos na faixa de 200-300 nm, graças ao ozônio, a troposfera absorve e difunde o infravermelho graças ao vapor de água e ao CO 2 . A ação filtrante das bandas nos comprimentos de onda ultravioleta quase letais é essencial para o desenvolvimento da vida.

    Radiação solar difusa

    A radiação difusa também é chamada de radiação indireta.

    A radiação difusa representa a porção de radiação solar que atingiu pelo menos uma partícula de gases atmosféricos, alterando o ângulo de incidência e que, no entanto, atinge o solo porque é direcionado a ele.

    Aumenta em relação ao total em céu nublado. Em particular, a dispersão Rayleigh do componente azul da radiação solar é responsável pela cor azul do céu. Uma parte da radiação difusa está voltada para o espaço.

    Radiação solar incidente

    A radiação solar incidente é aquela que encontrou algum obstáculo ao qual forneceu toda ou parte de sua energia. Diz-se que a energia que não atinge a superfície da Terra está extinta e é composta de radiação reemitida, refletida e espalhada de volta no espaço.

    De acordo com a lei de Lambert, a quantidade de radiação que atinge a unidade de superfície é proporcional ao cosseno do ângulo de incidência.

    A quantidade máxima de radiação solar incidente é obtida com incidência perpendicular, uma vez que o ângulo aumenta, tanto a superfície afetada pela mesma quantidade de radiação quanto a espessura da atmosfera atravessada por esses aumentos. Isso cria as variações diárias, anuais e latitudinais na irradiação.

    Radiação solar refletida

    A radiação solar refletida é a parte da radiação solar incidente refletida na superfície da Terra devido ao efeito albedo.

    O albedo é o coeficiente de reflexão c. Os valores para c geralmente estão entre 0 e 1 ou expressos como uma porcentagem. É dada pela relação entre a energia radiante refletida de uma superfície em relação à energia incidente. A Terra tem um valor médio de 40% (c = 0,4). Na altitude do albedo da Terra, adicionamos ao espaço a radiação refletida pelas partículas atmosféricas.

    Radiação solar absorvida

    Depois de deduzir todas as perdas devido à reflexão e retroespalhamento da atmosfera e da superfície da Terra, a radiação solar incidente restante é absorvida pela superfície da Terra e, portanto, contribui para o seu aquecimento, de maneira variável. dependendo da latitude e do tipo de superfície.

    Como é medida a radiação solar?

    Para medir a radiação solar, distinguimos três métodos, dependendo se é:

    • Radiação solar direta.
    • Radiação solar indireta.
    • Radiação infravermelha.

    Medição da radiação solar direta

    A radiação solar direta é medida por meio de pireliômetros. Usando persianas, apenas a radiação do sol e uma região anular do céu muito próxima ao sol são medidas.

    É necessário que todos os pireliômetros sejam montados em um mecanismo que permita um monitoramento muito preciso do Sol.

    Medição de radiação global e difusa

    A radiação global é definida como a radiação solar recebida de um ângulo sólido de 2π steradians em uma superfície horizontal. A radiação global inclui aquela recebida diretamente do disco solar e também a radiação dispersa do céu dispersa à medida que passa pela atmosfera.

    A radiação global é medida pelo piranômetro. Para medir apenas o componente difuso da radiação solar, o componente direto é coberto por meio de uma tela ou sistema de sombreamento. 

    Medição de radiação infravermelha

    A radiação infravermelha é medida por pirgeômetros.

    A maioria deles elimina comprimentos de onda curtos usando filtros que têm transparência constante em comprimentos de onda longos, sendo quase opacos em comprimentos de onda mais curtos. 

    Como a radiação solar afeta a saúde?

    A radiação ultravioleta pode ter vários efeitos na pele dos seres humanos, dependendo da intensidade e do comprimento de suas ondas.

    A radiação UVA pode causar envelhecimento prematuro da pele e câncer de pele. Também pode causar problemas nos olhos e no sistema imunológico. 

    A radiação UVB causa queimaduras solares, escurecimento e espessamento da camada externa da pele, melanoma e outros tipos de câncer de pele. Também pode causar problemas nos olhos e no sistema imunológico.

    A camada de ozônio impede que a maior parte da radiação UVC chegue à Terra. Na medicina, a radiação UVC também pode vir de lâmpadas especiais ou um raio laser e é usada para matar germes ou ajudar a curar feridas. Também é usado para tratar certas condições da pele, como psoríase, vitiligo e nódulos cutâneos que causam linfoma cutâneo de células T.

    Sumário

    A radiação solar é a energia que vem do sol.

    As reações nucleares ocorrem no núcleo solar, liberando uma grande quantidade de energia. Essa energia viaja para a Terra através de ondas eletromagnéticas: radiação solar.

    A radiação solar é dividida principalmente em três tipos de raios: 

    • Raios infravermelhos (IR). Eles fornecem calor.
    • Raios visíveis (VI). Eles fornecem luz.
    • Raios ultravioleta (UV). Eles são os que mais influenciam a saúde humana.

    Referências

    Autor:

    Data de publicação: 13 de maio de 2015
    Última revisão: 4 de maio de 2020