Exercícios: Termografia e arrefecimento radiativo

No inverno, um perito qualificado do Sistema de Certificação Energética dos edifícios (SCE/ADENE) fotografou a fachada de uma moradia em Vila Real com uma câmara termográfica. Na imagem obtida, as zonas em redor das janelas aparecem mais luminosas do que as restantes áreas da parede.

1. a) Explica o princípio físico da termografia: indica a radiação que a câmara deteta e como se relaciona o brilho da imagem com a temperatura das superfícies, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann.
2. b) Calcula a potência radiada por cada metro quadrado de parede a $8\ ^\circ\text{C}$ e por cada metro quadrado de vidro das janelas a $14\ ^\circ\text{C}$, admitindo emissores ideais ($\sigma = 5,67\cdot10^{-8}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}$).
3. c) Compara os valores obtidos na alínea anterior e explica como a termografia permite detetar pontes térmicas e defeitos no isolamento dos edifícios.

Nas noites limpas de inverno, o IPMA (Instituto Português do Mar e da Atmosfera) emite frequentemente avisos de geada para o interior Norte e Centro de Portugal, mesmo quando a temperatura do ar se mantém alguns graus acima de $0\ ^\circ\text{C}$. A explicação está no arrefecimento radiativo: as superfícies perdem energia por radiação para o céu. Admite que a potência líquida radiada por uma superfície é $P = \sigma\cdot A\cdot (T^4 - T_{c}^4)$, em que $T_{c}$ é a temperatura radiativa efetiva do céu. A figura compara uma noite limpa com uma noite nublada.

1. a) Explica por que razão, numa noite limpa, uma superfície como o tejadilho de um carro ou a relva de um jardim pode atingir temperaturas inferiores à do ar, permitindo a formação de geada.
2. b) Calcula a potência líquida radiada por $1,0\ \text{m}^2$ de relva a $0\ ^\circ\text{C}$, numa noite limpa em que $T_{c} = 258\ \text{K}$, isto é, $-15\ ^\circ\text{C}$ ($\sigma = 5,67\cdot10^{-8}\ \text{W}\cdot\text{m}^{-2}\cdot\text{K}^{-4}$).
3. c) Explica por que razão a presença de nuvens reduz o arrefecimento radiativo e torna a geada menos provável, relacionando este fenómeno com o papel da atmosfera no efeito de estufa.