Numa cozinha termicamente isolada, liga-se um refrigerador comum e deixa-se a porta aberta. A temperatura da sala:
Escolha uma opção:
a. aumenta de acordo com a primeira lei da termodinâmica
b. aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica
c. permanece constante de acordo com a segunda lei da termodinâmica
d. permanece constante de acordo com a primeira lei da termodinâmica
e. diminui de acordo com a primeira lei da termodinâmica
a. aumenta de acordo com a primeira lei da termodinâmica
b. aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica
c. permanece constante de acordo com a segunda lei da termodinâmica
d. permanece constante de acordo com a primeira lei da termodinâmica
e. diminui de acordo com a primeira lei da termodinâmica
Passo 1
Resumo do enunciado: Numa cozinha termicamente isolada (ou seja, nenhum calor entra ou sai pelas paredes), a gente liga um refrigerador comum e deixa a porta dele aberta. A pergunta é: o que acontece com a temperatura da sala? As opções falam em “aumenta”, “permanece constante” ou “diminui”, e ainda “de acordo com a primeira ou com a segunda lei da termodinâmica”.
Conteúdo da matéria: termodinâmica (1ª e 2ª leis) e funcionamento básico de um ciclo frigorífico.
O que precisamos para resolver:
Conteúdo da matéria: termodinâmica (1ª e 2ª leis) e funcionamento básico de um ciclo frigorífico.
O que precisamos para resolver:
- Entender o que é um sistema termicamente isolado.
- Saber formular a Primeira Lei (conservação de energia) e reconhecer a aplicação da Segunda Lei (limites aos ciclos).
- Compreender como um refrigerador opera (puxa calor num lado, rejeita no outro, consumindo trabalho).
Passo 2
Teoria aplicada – Primeira Lei da Termodinâmica:
Para qualquer sistema, a variação da energia interna ΔU é dada por
Para qualquer sistema, a variação da energia interna ΔU é dada por
onde
-
é o calor que entra no sistema, -
é o calor que sai, -
é o trabalho que entra (positivo se a máquina recebe trabalho).
Num sistema termicamente isolado, temos
pelas paredes. Logo
Isso significa que toda a energia que entra em forma de trabalho vira aumento na energia interna (que se manifesta como elevação de temperatura).
Passo 3
Funcionamento real do refrigerador de porta aberta:
- A geladeira retira calor
do seu interior, mas como a porta está aberta, “interior” e “exterior” são a mesma sala. Então ela está simplesmente circulando calor da sala de um compartimento para outro, mas estes são a mesma região física. - Para bombear esse calor, o motor consome energia elétrica, ou seja, recebe um trabalho
. - Todo o calor
extraído do ar da sala é jogado de volta junto com o calor gerado pelas perdas do motor (o próprio compressor aquece e libera calor).
Passo 4
Aplicação da Primeira Lei ao conjunto sala + geladeira:
- Calor pelas paredes: zero.
- Trabalho elétrico que entra no sistema (pela tomada) é
. - Esse trabalho sai em forma de calor interno (aquecimento do motor, do gás refrigerante, dos tubos etc.) e também o calor que a geladeira “devolve” à sala.
Portanto, a variação total de energia interna da sala é
logo a temperatura da sala sobe.
A Segunda Lei diz apenas que, para isso acontecer, é preciso investir trabalho (não existe geladeira funcionando de graça), mas o aumento de temperatura em si vem da conservação de energia (Primeira Lei).
Resposta
A alternativa correta é a: “aumenta de acordo com a primeira lei da termodinâmica”.