Um condicionador de ar de Carnot extrai energia térmica de uma sala a
e transfere na forma de calor para o ambiente, que está a uma temperatura de
. 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:
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 (
) 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:
Passo 5
Agora, substituímos esses valores na fórmula do COP:
Resposta
Para cada joule de energia elétrica necessária para operar o condicionador de ar, são removidos aproximadamente 21 joules da sala.