Qual das afirmações abaixo a respeito de um refrigerador ideal é verdadeira?
Escolha uma opção:
\bigcirc a. Todos os processos do sistema são reversíveis.
\bigcirc b. O coeficiente de desempenho é igual a um.
\bigcirc c. Não há transferência de calor para o ambiente.
\bigcirc d. A entropia do sistema é constante.
\bigcirc e. O sistema não realiza trabalho.

Passo 1

O enunciado pede para identificar qual das afirmações sobre um refrigerador ideal é verdadeira. As opções dadas são:
a. Todos os processos do sistema são reversíveis.
b. O coeficiente de desempenho é igual a um.
c. Não há transferência de calor para o ambiente.
d. A entropia do sistema é constante.
e. O sistema não realiza trabalho.

Passo 2

Vamos escrever as quantidades básicas que caracterizam um refrigerador e lembrar definições importantes (com calma, passo a passo). Um refrigerador troca calor entre dois reservatórios e recebe trabalho:
  • Q_L = calor extraído do reservatório frio (o que queremos “refrigerar”).
  • Q_H = calor rejeitado para o reservatório quente (normalmente o ambiente).
  • W = trabalho recebido pelo refrigerador (energia de entrada, fornecida por um motor/compressor).
Pela conservação de energia (primeira lei da termodinâmica) para um ciclo estacionário temos:
Q_H = Q_L + W.
O coeficiente de desempenho (COP, ou coeficiente de refrigeração) de um refrigerador é definido como a razão entre o calor retirado do frio e o trabalho gasto:
\mathrm{COP} \equiv \frac{Q_L}{W}.
Essas são as fórmulas básicas que vamos usar para analisar as opções.

Passo 3

O que se entende por “refrigerador ideal” em termodinâmica de nível introdutório? Normalmente, um “refrigerador ideal” refere-se ao refrigerador reversível (o ciclo de Carnot operando como refrigerador), isto é, o dispositivo que alcança o máximo teórico de desempenho entre duas temperaturas dadas. Um ciclo reversível é constituído por processos reversíveis (não há irreversibilidades internas nem geração de entropia interna). Portanto, dizer que num refrigerador ideal todos os processos do sistema são reversíveis é a descrição padrão: ele é um ciclo reversível usado como referência ideal. Isso já indica que a opção (a) é plausível.

Passo 4

Analisando a opção (b): “O coeficiente de desempenho é igual a um.”
Para o refrigerador reversível (Carnot) operando entre temperaturas T_H (quente) e T_L (frio), ambas em Kelvin, o COP máximo é
\mathrm{COP}_{\text{Carnot}} = \frac{T_L}{T_H - T_L}.
Esse valor depende das temperaturas; só em um caso particular isso dá 1. Por exemplo, se T_H=2T_L então \mathrm{COP}=1, mas isso é uma situação específica. Em geral \mathrm{COP}\neq 1. Logo a afirmação universal “é igual a um” é falsa.

Passo 5

Analisando a opção (c): “Não há transferência de calor para o ambiente.”
Isso contradiz a função do refrigerador: ele retira Q_L do interior frio e rejeita Q_H para o ambiente (reservatório quente). Portanto há, sim, transferência de calor para o ambiente (é exatamente onde o calor é despejado). A afirmação é falsa.

Passo 6

Analisando a opção (d): “A entropia do sistema é constante.”
Temos que distinguir duas coisas: (i) a entropia do fluido de trabalho ao final de um ciclo reversível, e (ii) a entropia em cada instante durante o ciclo. Para um ciclo termodinâmico reversível o fluido de trabalho retorna ao estado inicial, então a variação líquida de entropia do fluido por ciclo é zero. Porém isso não significa que a entropia seja constante em todo o processo: a entropia varia durante as etapas (por exemplo, há trocas de calor reversíveis com mudanças de entropia dS=\dfrac{\delta Q_\text{rev}}{T}), somente ao final do ciclo a variação total é zero. Além disso, se o refrigerador for ideal mas operar entre reservatórios, a entropia do universo para um processo reversível é constante (variação zero do universo), mas afirmar que “a entropia do sistema é constante” sem qualificar se é instante a instante ou variação por ciclo é ambíguo e, interpretado de forma absoluta (sempre constante), é incorreto. Portanto essa opção não é uma afirmação corretamente universal — rejeitamos como verdadeira.

Passo 7

Analisando a opção (e): “O sistema não realiza trabalho.”
Isso está errado porque um refrigerador precisa receber trabalho W>0 para transferir calor do frio para o quente (processo contrário ao espontâneo). O sistema não “realiza” trabalho; ele consome trabalho (logo afirmar que não realiza trabalho como princípio geral é impreciso e, no contexto usual, a ideia de que não há trabalho é falsa). Em qualquer caso prático e no conceito teórico, o trabalho é uma entrada necessária, então a opção é falsa.

Passo 8

Resumo e conclusão lógica:
  • (a) descreve exatamente o refrigerador ideal (reversível): processos internos reversíveis — verdadeiro.
  • (b), (c), (d) e (e) são falsos ou imprecisos conforme explicado.

Resposta

(a)

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