Enunciado

Considere o satélite esférico do Problema 12.130. Através da mudança da espessura do material difuso usado como revestimento, os engenheiros podem controlar o comprimento de onda de corte que marca o limite entre αλ = 0,6 e αλ = 0,3.

  1. Qual comprimento de onda de corte irá minimizar a temperatura em regime estacionário do satélite quando ele encontra-se no lado iluminado da Terra. Usando esse revestimento, qual será a temperatura em regime estacionário no lado escuro da Terra?
  2. Qual comprimento de onda de corte irá maximizar a temperatura em regime estacionário do satélite quando ele encontra-se no lado escuro da Terra. Qual será a temperatura em regime estacionário correspondente no lado iluminado da Terra?

Passo 1

Fala aí! Partiu resolver essa questão aí! Temos duas letrinhas para responder...

Na letra a, precisamos encontrar a temperatura do lado iluminado e do lado escuro da terra… Vamos lá!

Para isso precisamos começar fazendo um balanço de energia:

E e n t = E s a i

α E   .   G E   .   π   .   D ² 4 + α S   .   G S   .   π   .   D ² 4 = ε   .   σ   .   T s 4   .   π   .   D ²

T s = α E   .   G E   +   α S   .   G S 4   .   ε   .   σ 1 / 4

Como estamos trabalhando com o lado iluminado, T = 280   K , teremos que:

α E = α λ ,   1   .   F 0 → λ c . 280   +   α λ ,   2   .   1 - F 0 → λ c . 280

E para a irradiação solar, em que T = 5800   K , temos:

α S = α λ ,   1   .   F 0 → λ c . 5800   +   α λ ,   2   .   1 - F 0 → λ c . 5800

Sendo a emissividade:

ε λ = α λ

ε λ = α λ ,   1   .   F 0 → λ c . T s   +   α λ ,   2   .   1 - F 0 → λ c . T s

Ops! Estamos num beco sem saída! Precisamos de λ c para achar T s , mas não temos ele… Mas como diz o ditado:

Vamos resolver esse cara aí por processo iterativo, ou seja, vamos chutar valores de λ c para encontrar T s , até o momento da equação convergir, beleza?

Fazendo isso vamos conseguir uma temperatura de:

T s = 295   K

Não é fácil, mas a gente consegue! Agora vamos fazer o mesmo para conseguir !

Passo 2

Agora como vamos trabalhar com o lado escuro da terra, temos:

T s = α E   .   G E 4   .   ε   .   σ 1 / 4

Agora vamos fazer a mesma a coisa, chutar um valor de λ c , assumindo que ele seja:

λ c = 13,57   μ m

Vamos encontrar uma temperatura de:

T s = 205   K

E ele vai convergir aí! Pronto!

Passo 3

Para resolver a letra b, nós temos que achar a temperatura máxima do lado iluminado da terra… bom, pra fazer isso, podemos usar o nosso λ c do lado escuro que será o limite, beleza?

Vamos ter então:

α E = 0,6   .   F 0 → 13,57   .   280   +   0,3   .   1 - F 0 → 13,57   .   280

α E = 0,4330

E para a irradiação solar:

α S = 0,6   .   F 0 → 13,57   .   5800   +   0,3   .   1 - F 0 → 13,57   .   5800

α S = 0,5999

Sendo a emissividade:

ε λ = α λ

ε λ = 0,6   .   F 0 → 13,57   .   T s   +   0,3   .   1 - F 0 → 13,57   .   T s

Novamente, vamos assumir valores até nossa equação convergir, teremos uma temperatura máxima de:

T s ≈ 310   K

Pronto!

Resposta

  1. T s ,   i l u m i n a d o = 295   K e T s ,   e s c u r o = 205   K
  2. T s ≈ 310   K
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