Um condicionador de ar de Carnot extrai energia térmica de uma sala a 21 ^circ C e transfere na forma de calor para o ambiente, que está a uma temperatura de 35^circ C. Para cada joule de energia elétrica necessária para operar o condicionador de ar, quantos joules são removidos da sala?

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a pergunta está pedindo. Temos um condicionador de ar que funciona de forma ideal, tipo um “Carnot”. Ele está tirando calor de uma sala que está a 21°C e jogando esse calor para o ambiente externo que está a 35°C. A pergunta quer saber quantos joules de calor são retirados da sala para cada joule de energia elétrica que usamos para ligar o ar-condicionado. Vamos precisar entender um pouco sobre termodinâmica, especificamente a eficiência de um ciclo de Carnot.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que a eficiência de um ciclo de Carnot para um refrigerador ou ar-condicionado é medida pelo Coeficiente de Performance (COP). O COP nos diz quanta energia térmica é removida da sala por unidade de trabalho (energia elétrica) fornecida.
A fórmula para o COP de um refrigerador é:
COP = QcW
onde:
  • é o calor retirado da sala,
  • é o trabalho ou energia elétrica fornecida.

Passo 3

Para um ciclo de Carnot, o COP também pode ser calculado usando as temperaturas da sala ( COP = TcTh - Tc ) e do ambiente externo ( ), mas é importante lembrar que as temperaturas precisam estar em Kelvin.
Então, a fórmula fica:

Passo 4

Vamos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin:
Tc = 21°C + 273,15 = 294,15,K
Th = 35°C + 273,15 = 308,15,K

Passo 5

Agora, substituímos esses valores na fórmula do COP:
COP = 294,15308,15 - 294,15 = 294,1514 approx 21

Resposta

Para cada joule de energia elétrica necessária para operar o condicionador de ar, são removidos aproximadamente 21 joules da sala.

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