1-9C Considere dois quartos idênticos, um com refrigerador e outro sem. Se todas as portas e janelas estão fechadas, o quarto com refrigerador pode esquentar ou esfriar mais do que outro? Por quê?

Passo 1

O enunciado apresenta dois quartos idênticos, um com um refrigerador em funcionamento e outro sem, ambos com portas e janelas fechadas, sem trocas de calor com o exterior. A questão é se o quarto com o refrigerador pode esquentar ou esfriar mais do que o outro e por quê.
Informações importantes:
  • Quartos idênticos e estanques (portas/janelas fechadas).
  • Um quarto contém um refrigerador em funcionamento; o outro não.
  • Não há trocas de calor com o exterior.

Passo 2

Para entender o funcionamento do refrigerador, vamos considerar os seguintes elementos e variáveis:
  • \,Q_L\,: Calor extraído da parte interna do refrigerador (interior onde ficam os alimentos).
  • \,W\,: Energia elétrica consumida pelo refrigerador, convertida em trabalho do compressor.
  • \,Q_H\,: Calor rejeitado na serpentina do condensador, liberado para o ambiente.
Pela conservação de energia, o calor rejeitado é a soma do calor extraído mais o trabalho fornecido:
Q_H = Q_L + W.
Onde:
  • \,Q_L\, é o calor removido do interior do refrigerador,
  • \,W\, é a energia elétrica fornecida (convertida em trabalho e, ao final, em calor dissipado),
  • \,Q_H\, é o calor que sai do refrigerador para o ambiente (condensador + motor).

Passo 3

Considerando o refrigerador dentro do quarto fechado:
  • O calor \,Q_H\, é liberado no ar do quarto pela parte externa do refrigerador (condensador).
  • A energia elétrica \,W\, que alimenta o compressor e o ventilador é convertida em calor, que também é liberado no ar do quarto.
  • O calor \,Q_L\, retirado do interior do refrigerador é transferido para o circuito frigorífico e somado em \,Q_H\, no condensador.
Assim, o calor retirado do compartimento frio retorna ao quarto pelo condensador. A única energia que entra no quarto é a energia elétrica que alimenta o refrigerador, dissipada como calor. Portanto, o ganho de calor líquido do quarto devido ao refrigerador é \,W\, por unidade de tempo (a potência elétrica consumida), aquecendo o quarto.

Passo 4

Exemplo numérico: Se o refrigerador consome \,P=100\\ \text{W} de potência elétrica média, essa potência será convertida em calor no ar do quarto, adicionando continuamente \,100\\ \text{J/s} ao ar e elevando a temperatura em relação ao quarto sem refrigerador.

Passo 5

O refrigerador esfria o seu interior, mas esse frio interno não é transferido para o quarto. O calor retirado é liberado no ambiente via condensador. Em regime estacionário, o refrigerador aquece o quarto, a menos que o calor rejeitado seja direcionado para fora do quarto.

Passo 6

Em resumo, pelo balanço de energia do ciclo frigorífico \,Q_H = Q_L + W\,, em um quarto fechado, tanto \,Q_H\, quanto a energia elétrica dissipada retornam ao ar do quarto, resultando em um acréscimo de calor igual à potência elétrica consumida pelo refrigerador.

Resposta

O quarto com refrigerador ficará mais quente; o refrigerador não retira calor do quarto, ele apenas transfere calor do seu interior para o ambiente e adiciona a energia elétrica consumida, de modo que o ganho líquido de calor no quarto é igual à potência elétrica fornecida ao refrigerador.

Exercícios relacionados