A intensidade solar é uma grandeza física que determina a quantidade de energia luminosa emitida pelo Sol, que uma região recebe. Ela é um aspecto do clima de uma região, o qual interfere na dinâmica socioeconômica, sendo, portanto, objeto de estudo da Geografia. Um geógrafo queria medir a incidência solar de uma região, mas não tinha recursos eletrônicos em mãos. Sabendo que o calor latente de fusão do gelo é
e que 1 cal equivale cerca de 4 J , ele resolveu fazer uma experiência para obter a incidência solar. Colocou um pedaço de gelo em derretimento em uma frigideira preta com a boca voltada para cima. A panela tinha uma boca de
e o pedaço de gelo tinha 75 gramas. Com o Sol a pino, foram necessários 20 minutos para o gelo derreter por completo. Qual a intensidade solar média onde foi realizada a experiência durante a sua realização? Considere que a energia solar que atravessou a boca da frigideira foi totalmente usada para derreter o gelo.
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O que o problema pede: calcular a intensidade solar média (potência por unidade de área) recebida pela boca da frigideira durante a experiência.
Dados fornecidos (peguei estes valores do enunciado e alguns também da imagem):
- Calor latente de fusão do gelo:
. - Conversão:
. - Área da boca da frigideira:
(peguei este valor da imagem). - Massa do gelo:
(peguei este valor da imagem). - Tempo necessário para derreter:
(peguei este valor da imagem). - Suposição do enunciado: toda a energia solar que atravessou a boca foi usada para fundir o gelo (nenhuma perda).
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar: o calor necessário para mudar de fase (fusão) sem alterar a temperatura é dado por
onde:
-
é a energia necessária para fundir o gelo (unidade: calorias se estiver em ); -
é a massa do gelo (em gramas); -
é o calor latente de fusão (em ).
Explicando rápido:
diz quantas calorias são necessárias para derreter
de gelo à temperatura de fusão. Multiplicando por
obtemos a energia total necessária.
Passo 3
Calcular a energia necessária em calorias usando a fórmula:
Passo 4
Converter a energia para joules usando
:
Passo 5
Transformar o tempo para segundos e calcular a potência média fornecida pelo Sol:
- Converter tempo:
.
A potência média (energia por unidade de tempo) é
Observação:
.
Passo 6
A intensidade solar média (potência por área) que atravessou a boca da frigideira é
Calculemos:
Passo 7
Interpretação final: o valor calculado de
corresponde a uma das alternativas da lista de respostas.
Resposta
d)