A potência da luz solar que atinge cada metro quadrado da superfície da Terra em um dia claro nos trópicos está perto de 1   000   W . Em um dia de inverno em Manitoba, a concentração de potência da luz solar pode ser de 100   W / m 2 . Muitas atividades humanas são descritas por uma potência por unidade de área da ordem de 102 W/m2 ou menos. 

a. Considere, por exemplo, uma família de quatro pessoas pagando $ 66 para a empresa de energia elétrica a cada 30 dias por 600 kWh de energia consumidos por energia elétrica para sua casa, que tem dimensões de piso de 13,0 m por 9,50 m. Calcule a potência por unidade de área usada pela família.

b. Considere um carro de 2,10 m de largura e 4,90 m de comprimento viajando a 55,0 mi/h, usando gasolina com “calor de combustão” 44,0 MJ/kg, com o consumo de combustível de 25,0 mi/gal. Um galão de gasolina tem massa de 2,54 kg. Encontre a energia por unidade de área usada pelo carro.

c. Explique por que o uso direto da energia solar não é prático para a operação de um automóvel convencional.

d. Dê exemplos de usos de energia solar mais práticos.

Passo 1

b.Bora começar calculando a área de “piso” do carro.

Pelas dimensões dadas no enunciado, a gente vai ter:

A = 2,10   m ∙ 4,90   m = 10,29   m 2

Ok, agora, se 1 galão de gasolina permite o deslocamento de 25 milhas, em 1 hora, à velocidade de 55   m i / h , quantos galões de gasolina são consumidos?

25   m i - - - - 1   g a l

55   m i - - - - x

x = 55 25 = 2,2   g a l

Blz. Agora, 1 galão pesa 2,54   k g , então 2,2 galões vão pesar 2,2 × 2,54   k g ≅ 5,59   k g .

Maravilha. Agora, 1   k g de gasolina produz 44   M J de energia. Logo, quanto de energia esses 5,59 quilos de gasolina vão gerar?

E = 44 × 5,59 ≅ 246   M J

Legal! Agora a gente determina a energia por área assim:

∴ E A = 246   M J 10,29   m 2 ≅ 23,9   M J / m 2

Resposta

E A ≅ 23,9   M J / m 2

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