Q15.1 Um termômetro é exposto diretamente aos raios solares. Ele mede a temperatura do ar, do Sol ou de alguma outra coisa? Explique.
Passo 1
O enunciado diz que um termômetro é exposto diretamente aos raios solares e pergunta se ele mede a temperatura do ar, do Sol ou de outra coisa. O conteúdo aqui é transferência de calor em regime estacionário, envolvendo radiação e convecção, e precisamos entender o balanço energético que determina a temperatura de equilíbrio do bulbo do termômetro.
Passo 2
Quando o termômetro fica ao sol ele recebe potência por radiação solar e perde calor por convecção com o ar circundante e por radiação para o ambiente. A potência absorvida é
onde
é a absortividade da superfície,
é a irradiância solar (
,W/
) e
a área exposta. Ele perde calor por convecção
e por emissão radiativa
com
emis\textminussividade,
constante de Stefan– Boltzmann e
a temperatura do ar.
Passo 3
Em regime estacionário, a energia absorvida se iguala `a somada das energias perdidas:
Cancelando
e isolando qualitativamente
, observamos que
fica acima de
(pois recebe calor extra do Sol) e muito abaixo da temperatura efetiva do Sol (
,K), de modo que o bulbo se aquece at’e uma temperatura intermedi’aria.
Passo 4
Logo, o termômetro não está registrando nem a temperatura do Sol (que é exorbitantemente alta) nem exatamente a do ar (pois estaria equilibrado só por convecção). Ele registra a temperatura de equilíbrio do próprio bulbo, determinada pela combinação de radiação solar absorvida e pelas perdas de calor por convecção e emissão radiativa.
Resposta
Ele mede a temperatura de equilíbrio do próprio bulbo, ou seja, a temperatura resultante do balanço entre a radiação solar absorvida e as perdas de calor por convecção e radiação.