Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 7.1 - Ex. 86
A energia radiante do Sol que atinge a órbita da Terra é de . (a) Mesmo quando o Sol está a pino e em condições secas e desérticas, por cento desta energia é absorvida e/ou refletida pela atmofesra antes de atingir a superfície da Terra. Se a frequência média da radiação eletromagnética que vem do Sol é de , quantos fótons por segundo incidem sobre um painel solar de ? (b) Suponha os painés com uma alta eficiência de por cento, na conversão de energia radiante em energia elétrica utilizável. Qual é o tamanho do painel solar necessário para suprir as necessidades de um carro de movida a energia solar (supondo que o carro seja alimentado diretamente pelos painéis solares e não por baterias), durante uma corrida no Cairo, ao meio-dia do dia 21 de março? (c) Supondo uma eficiência mais realista de por cento e painés capazes de girar, de forma a estarem sempre perpendiculares à luz solar, qual o tamanho do conjunto de painés solares necessário para suprir as necessidades da Estação Espacial Internacional, que exige continuamente cerca de de potência elétrica?
Passo 1
(a) Vamos começar calculando a potência que incide sobre da superfície da Terra.
Para isso temos que considerar que dos são absorvidos/refletidos pela atmosfera, então temos uma “eficiência” .
Agora queremos saber a quantos fótons por segundo () isso corresponde. A relação entre o número de fótons e a energia é:
Dividindo os dois lados por :
E o termo da esquerda é a potência que estávamos calculando:
Agora é só substituir os valores que foram dados no enunciado:
Passo 2
(b) Agora queremos calcular o tamanho do painel solar necessário para manter um carro que exige de potência.
Vamos começar convertendo esse valor para watts:
Agora vamos encontrar uma expressão que dê a área necessária para os painéis, considerando a intensidade de , e a eficiência de :
Passo 3
(c) E agora é só aproveitar a mesma expressão do item anterior, trocando os valores numéricos:
Resposta
(a) fótons por segundo.
(b) .
(c) .