Balance energetico y radiación
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Dayam Soret Calderon Rivera
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55 Slides • 8 Questions
1
Dayam Soret Calderon Rivera
Ing. Ambiental.
Balance energetico y radición solar
3
La radiación es la energía transportada por ondas electromagnéticas, sin la necesidad de un soporte material.
Todos los cuerpos con temperatura por encima del cero absoluto emiten energía en forma de radiación.
La Radiación
4
Multiple Choice
La radiación es la energía transportada por ondas electromagnéticas, Estas pueden transmitirse en en el espacio vacio.
Esta afirmación es:
False
True
5
Todas las ondas electromagnéticas están formadas por un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí, que oscilan con la misma frecuencia ν.
La Radiación
6
Multiple Choice
¿A que velocidad viaja la radicación en el vacio ?
1.6 × 10^8 m/s
2.6 × 10^8 m/s
3 × 10^8 m/s
3.9 × 10^8 m/s
7
Todas las ondas se propagan en el vacío con la velocidad de la luz, c = 3 × 10^8 m/s,
Las ondas electromagnéticas se pueden caracterizar también por su longitud de onda (λ), y su frecuencia (ν) ya que
c = λν
Radiación
8
Las ondas electromagnéticas transportan energía, que puede ser absorbida por la materia y producir diferentes efectos.
Esta energía no es emitida o absorbida por la materia de forma continua, sino en paquetes discretos o quanta (Fotones).
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Radicación
9
Espectro electromagnetico
La magnitud de un quantum es proporcional a la frecuencia de la radiación, de manera que la radiación es más energética cuanto mayor es su frecuencia:
E = hν
donde h es la constante de Planck de valor 6,626 x 10− 34 Js
E=energia (Julios * segundo); v=frecuencia
10
La clasificación de las ondas electromagnéticas según su:
frecuencia-ν (herzios Hz),
energía-E (electrón voltios eV)
longitud de onda-λ (metros m) se conoce como espectro electromagnético.
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Espectro electromagnetica
11
Multiple Choice
Cual es el espectro con la mayor radicaión de emisón emitido por el sol
Ultravioleta
Luz visible
Rayos X
infrarojos
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•Radio ondas (10^3 <ν< 10^9 Hz).
Se utilizan en comunicaciones especialmente en radio y televisión, tambien terapeutico
En el universo se producen por turbulencia de gases ionizados en las estrellas. En una antena se generan con corrientes alternas.
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Frecuencia (v)
15
•Microondas (10^9 <ν< 3*10^11). En este rango se encuentran las ondas de radar y las utilizadas en hornos y en comunicaciones telefónicas. En astronomía, la radiación de fondo que contiene información del origen de universo está comprendida en este rango del espectro.
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Frecuencia (v)
16
•Visible (4×10^14,rojo < 8×10^14, violeta). Esta radiación tiene energía suficiente para producir transiciones electrónicas en átomos y moléculas y produce importantes efectos en los seres vivos, tales como la fotosíntesis y la visión humana.
Frecuencia (v)
17
••Infrarrojo (3 × 10^11 <ν< 4 × 10^14). Al incidir la radiación infrarroja sobre un cuerpo induce movimientos de vibración y rotación en las moléculas produciendo calentamiento.
El cuerpo humano emite en este rango por lo que puede ser detectada su presencia en la oscuridad mediante sensores de infrarrojos.
Frecuencia (v)
18
•Rayos X (3 × 10^16 <ν< 3 × 10^19). La longitud de onda varía entre los 10−11 m y 10−9 m, que es la distancia típica entre los átomos en los tejidos animales blandos, por lo que se utilizan para identificar cuerpos más densos como huesos y dientes.
En astronomía, el análisis de la radiación X proporciona información de procesos de elevada energía como formación de supernovas o explosiones estelares. En el laboratorio se generan por bombardeo con electrones de una lámina metálica.
Frecuencia (v)
19
Multiple Choice
En que año se descubrio los rayos X
1985
1874
1895
1940
20
•Rayos γ (ν > 10^19). Se producen por transiciones nucleares en reactores nucleares y explosiones atómicas.
De forma natural los materiales radiactivos emiten este tipo de radiación, que también se encuentra en el universo.
Tienen energías superiores a los 100 keV y son letales para los tejidos vivos.
Frecuencia (v)
21
22
Ejercicio
Se considera radiación de longitud de onda λ = 230 nm. Calcular:
a) su frecuencia
b) la energía de un fotón
c) ¿es capaz esta radiación de disociar la molécula de O2 ?
(Datos: la energía de disociación del oxígeno es 494 kJ/mol y 1 mol = 6,02 x 1023 moléculas)
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23
Es la radiación que emiten los cuerpos debido a su temperatura
La radiación térmica sólo es visible para el ojo humano en forma de luz, y corresponde a la franja pequeña de longitudes de onda que va de 0.4 a 0.8 micrómetros.
Para que un cuerpo emita radiación que pueda ser visible ha de estar muy caliente, con temperaturas de más de 600 ºC (rojo).
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Radiación Térmica
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25
Entre los efectos que produce la radiación cuando interactúa con la materia mencionamos que puede producir:
•Ionización
saltos entre orbitales electrónicos
•rotura de enlaces químicos
•excitación de movimientos vibratorios y de rotación en las moléculas.
Cada uno de estos fenómenos tiene una energía asociada.
Efectos de la radiación
26
En la atmósfera, los diferentes gases y partículas que forman el aire absorben radiación solar, pero en mayor cantidad, radiación que emite la superficie de la Tierra después de haber sido calentada por el Sol.
Esta absorción de radiación tiene diferentes efectos en la atmósfera
Radiación Solar
27
Multiple Choice
que tipo de radiación emite el sol emite hacia la tierra
Onda corta
Onda Larga
28
La radiación que emite el Sol corresponde a la franja del espectro de longitudes de onda cortas, λ < 4 µm, y la llamaremos radiación solar o radiación de onda corta.
Por otra parte, la radiación que emite la Tierra, mucho más fría, corresponde a la franja de longitudes de onda largas, λ > 4 µm, y la llamaremos radiación terrestre o radiación de onda larga.
longitud de onda (λ)
Radiación Solar
29
La radiación que emite el Sol cubre todo el espectro electromagnético.
La región más significativa corresponde a las longitudes de onda entre 0.1-2.0 µm que van desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, con un máximo cerca de los 0.48 µm , es decir, en la longitud de onda del visible.
De la radiación solar, aproximadamente el 9% corresponde al ultravioleta (λ<0.4 µm), el 49% al visible (0.4<λ<0.8µm) y el 42% al infrarrojo (λ>0.8µm).
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Radiación Solar
30
•La energía del sol se transfiere a través de la radiación de calor en forma de ondas electromagnéticas.
• Pico de transmisión en rango visible (entre 0,38 y 0,78 µm) del espectro electromagnético.
• 99% de la energía solar se emite en longitudes de onda de 0,5 – 40 µm.
• Longitudes de onda más largas que 2,5 µm son fuertemente absorbidas por el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera.
Radiación Solar
31
La Tierra y la atmósfera emiten radiación térmica en la franja del infrarrojo entre 4.0-60 µm , con un máximo cerca de los 10 µm.
La atmósfera absorbe gran parte de la radiación terrestre. Parte de esta radiación se radia de nuevo hacia el exterior, y parte es reenviada hacia la superficie terrestre en forma de radiación difusa.
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Radiación Solar
32
33
Los gases diatómicos atmosféricos, como el nitrógeno (N2) y el oxígeno (O2).
Es por ello que sólo absorben o emiten en la franja del ultravioleta o el visible, de mayor energía, también llamada de onda corta, y que corresponde a la franja de emisión del Sol.
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Radiación Solar
34
Los gases triatómicos, como el vapor de agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2) y el ozono (O3), sí presentan diferentes estados de rotación y vibración y, por tanto, absorben y emiten en la banda del infrarrojo o de onda larga, correspondiente a la banda de emisión de la superficie terrestre.
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Radiación Solar
35
Cantidad de radiación solar recibida en una hora y en un lugar específico La insolación depende del ángulo de incidencia α
Determinada por cuatro factores:
è Constante solar
è Duración de la luz del día
è Ángulo con el que los rayos solares caen sobre la tierra
èTransparencia de la atmósfera.
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Isolación
36
La radiación se propaga por igual en todas direcciones, cuando llega a la Tierra ésta se ha distribuido uniformemente sobre una superficie esférica centrada en el Sol de radio RTS igual a la distancia media de la Tierra al Sol:
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Radiación Solar
37
Multiple Choice
Cuanto tiempo se demora en llegar e la luz de el sol hasta la tierra
9 minutos y 57 segundos
8 minutos y 20 segundos
7 minutos y 50 segundos
6 minutos y 22 segundos
38
Es la energía por unidad de tiempo que llega a una superficie unidad situada fuera de la atmósfera y perpendicular a los rayos solares. (Irradiación solar Io)
El ángulo de incidencia es igual a la altura angular (o elevación) del Sol sobre el horizonte, y depende de la hora del día, la estación anual y la latitud del lugar
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Constante Solar (S)
39
Ley de la inversa al cuadrado
1/X2
3 % varia
40
Ley de la inversa al cuadrado
1/X2
3 % varia
41
El eje de rotación de la Tierra forma un ángulo de inclinación de 23,5◦ con la normal al plano de la eclíptica.
Como el eje de rotación es perpendicular al plano del ecuador, forman también un ángulo de 23,5◦. El ángulo de inclinación no cambia a lo largo del movimiento anual de traslación de la Tierra alrededor del Sol.
Inclinación de la terra
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44
Las áreas donde los rayos solares son oblicuos reciben menos insolación.
Al mediodía, se produce la mayor intensidad de insolación.
Durante la mañana y la tarde, cuando el sol se encuentra en un ángulo bajo, la intensidad de la insolación es menor.
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Incidencia del sol
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Se refiere a la cantidad de radiación que penetra en la atmósfera y llega a la superficie terrestre sin agotarse.
En la atmósfera, las nubes, el vapor de agua y, en menor grado, el dióxido de carbono, absorben la radiación terrestre, que hace que la atmósfera se caliente
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Transparencia solar
49
La transparencia es una función de la nubosidad y la latitud.
Los rayos solares deben atravesar una capa de atmósfera reflectora de dispersión más espesa en las latitudes intermedias y altas que en las tropicales.
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Transparencia solar
50
En la interacción entre la radiación y la atmósfera hay cuatro procesos básicos que son:
1) Transmisión
2) Absorción
3) Dispersión
4) Reflexión
Radiación y atmosfera
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En la interacción entre la radiación y la atmósfera hay cuatro procesos básicos que son:
1) Transmisión
2) Absorción
3) Dispersión
4) Reflexión
Radiación y atmosfera
52
Parte (o toda) la energía proveniente del sol puede ser absorbida por la atmósfera.
El coeficiente de absorción varía entre cero, cuando no se absorbe ninguna energía, y uno, que indica que para esa longitud de onda se absorbe toda la energía.
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Absorción
53
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es un fenómeno por el cual se desvía la dirección de la luz incidente sin pérdida de energía.
Hay dos tipos de dispersión, la dispersión Rayleigh que es la debida a las moléculas, y la dispersión Mie que se produce por el aerosol atmosférico y las nubes.
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Disperción
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Es un fenómeno débil y cada molécula dispersa una pequeña cantidad de luz: un haz de luz verde,
Dispersión Rayleigh
Se produce por el aerosol atmosférico y las nubes. Se produce más dispersión hacia adelante que en ninguna otra dirección.
Dispersión Mie
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Especular: cuando la superficie es plana y todos los rayos incidentes son paralelos, los rayos reflejados también son paralelos
Dispersiva: producida por superficies rugosas o partículas pequeñas que descomponen el rayo incidente en numerosos rayos de menor intensidad que son reflejados en varias direcciones.
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Reflexión
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59
Multiple Choice
Cual es la formula quimica de la glucosa
C8 H12 O6
C8 H10 O9
C6 H12 O6
C6 H10 O9
60
La energía para la fotosíntesis necesaria para poder nutrir a toda la humanidad es del orden de 8,6x1012 Kcal/día.
Solamente del 0,6 al 7,7% de la luz blanca es convertida en energía química.
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Radiación y Biología
61
Multiple Choice
Cual es la zona de Colombia que recibe más radiación
La Guajira
Santa Marta
Bogotá
San Andres y Providencia
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Radiación en Colombia
63
Ejercicio
1) Compare los valores de radiación solar en el mundo a partir del siguiente Atlas:
https://globalsolaratlas.info/map?c=6.053161,-80.244141,3&s=21.943046,-102.304688&m=site
Encuentre el sitio con mayor radiación por año y por día y el de menor ¿Cuáles son los valores? Compare con varios puntos en Colombia.
2) Elija dos estaciones de Meteo (https://www.energie.ws/datos-radiacion-solar-gratis) con localizaciones diferentes, en Colombia o en Perú y con base en su localización geográfica, altitud etc. describa el clima del lugar, cobertura vegetal y agricultura.
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Dayam Soret Calderon Rivera
Ing. Ambiental.
Balance energetico y radición solar
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