Projete um espelho esférico côncavo para concentrar radiação solar em um receptor colocado a 0,50 m do vértice…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Projete um espelho esférico côncavo para concentrar radiação solar em um receptor colocado a 0,50 m do vértice do espelho. Determine o raio de curvatura necessário e discuta como a aberração esférica e o desalinhamento do receptor influenciam a eficiência de aquecimento; proponha duas medidas para aumentar a eficiência.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Para um espelho esférico côncavo a distância focal f = R/2. Com receptor a 0,50 m, seja f = 0,50 m ? R = 2f = 1,00 m. A aberração esférica faz com que raios próximos à borda não convirjam exatamente no foco, reduzindo a densidade de potência; desalinhamento do receptor desloca-o fora do foco, igualmente diminuindo a energia recebida. Duas medidas para aumentar eficiência: (1) usar um perfil parabólico ou corrigir a forma (parabolizar) para eliminar aberrac¸ões; (2) limitar a abertura (stop) ou usar um conjunto de espelhos segmentados e ajustar o posicionamento do receptor para coincidir com o foco. Além disso, considerar revestimento altamente refletivo e controle de temperatura para reduzir perdas.
Explicação
A resposta apresenta o cálculo adequado do raio de curvatura do espelho côncavo, utilizando a relação entre distância focal e raio. Além disso, discute de forma clara os efeitos da aberração esférica e do desalinhamento do receptor na eficiência do aquecimento, propondo soluções práticas para mitigar esses problemas. As medidas sugeridas são pertinentes e viáveis para melhorar a concentração da radiação solar no receptor.
Raio-X da questão
espelho esférico côncavo
avaliacao
propriedades de espelhos esféricos · reflexão da luz
Revisar as propriedades dos espelhos esféricos e aberrações ópticas.
O aluno pode confundir o raio de curvatura com a distância focal, aplicando a fórmula errada para calcular o raio.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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