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

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:
  • 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
De<a U ;=; Qrm in ;-; Qrm out ;+; Wrm in,,
onde
  • Qrm in é o calor que entra no sistema,
  • Qrm out é o calor que sai,
  • Wrm in é o trabalho que entra (positivo se a máquina recebe trabalho).
Num sistema termicamente isolado, temos Qrm in=Qrm out=0 pelas paredes. Logo
De<a U ;=; Wrm in,
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:
  1. A geladeira retira calor QC 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.
  2. Para bombear esse calor, o motor consome energia elétrica, ou seja, recebe um trabalho W.
  3. Todo o calor QC 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 Wrm in.
  • 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
De<a U = Wrm in > 0,
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”.

Exercícios relacionados