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:
-
: Calor extraído da parte interna do refrigerador (interior onde ficam os alimentos). -
: Energia elétrica consumida pelo refrigerador, convertida em trabalho do compressor. -
: 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:
Onde:
-
é o calor removido do interior do refrigerador, -
é a energia elétrica fornecida (convertida em trabalho e, ao final, em calor dissipado), -
é o calor que sai do refrigerador para o ambiente (condensador + motor).
Passo 3
Considerando o refrigerador dentro do quarto fechado:
- O calor
é liberado no ar do quarto pela parte externa do refrigerador (condensador). - A energia elétrica
que alimenta o compressor e o ventilador é convertida em calor, que também é liberado no ar do quarto. - O calor
retirado do interior do refrigerador é transferido para o circuito frigorífico e somado em 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
por unidade de tempo (a potência elétrica consumida), aquecendo o quarto.
Passo 4
Exemplo numérico: Se o refrigerador consome
de potência elétrica média, essa potência será convertida em calor no ar do quarto, adicionando continuamente
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
, em um quarto fechado, tanto
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.