Um freezer ideal em uma cozinha possui uma temperatura constante de
, enquanto que o ar na cozinha possui uma temperatura constante de
. Suponha que a vedação do freezer não é perfeita, de forma que há uma entrada de energia em forma de calor a uma taxa de 0.28 W .
(a) Determine a energia elétrica consumida pelo freezer em 1 hora, em joules, para manter a temperatura do freezer constante.
(b) Qual a quantidade de calor, em joules, é jogada para fora do freezer em 1 hora?
(a) Determine a energia elétrica consumida pelo freezer em 1 hora, em joules, para manter a temperatura do freezer constante.
(b) Qual a quantidade de calor, em joules, é jogada para fora do freezer em 1 hora?
Passo 1
Beleza, o que o enunciado tá pedindo? A gente tem um freezer “ideal” (ou seja, modelo de Carnot) com temperatura interna de –14 °C e externa de 22 °C. A vedação não é perfeita e entra calor a uma taxa de 0,28 W (joules por segundo).
Conteúdo: Termodinâmica, ciclo de Carnot, coeficiente de desempenho (COP) de refrigerador e 1ª Lei (conservação de energia).
O que vamos precisar:
Conteúdo: Termodinâmica, ciclo de Carnot, coeficiente de desempenho (COP) de refrigerador e 1ª Lei (conservação de energia).
O que vamos precisar:
- Converter °C para K.
- Entender o que é COP de um refrigerador ideal:
. - Usar que, em regime estacionário, calor que entra = calor removido do freezer =
. - Aplicar conservação:
. - Multiplicar taxas por 1 h = 3600 s.
Passo 2
Converter temperaturas e relembrar o COP:
Temperaturas em kelvin (escala absoluta):
Temperaturas em kelvin (escala absoluta):
Teoria do COP de um refrigerador reversível (Carnot):
onde
é o calor removido de dentro do freezer e
é o trabalho (energia elétrica) fornecido.
Passo 3
Calcular o
:
Interpretação: pra cada 1 J de trabalho, o refrigerador retira ~7,2 J de calor do interior.
Passo 4
Determinar a potência de trabalho e a energia em 1 h:
O calor que entra (e que precisa ser removido) é
Então a potência elétrica usada é
O calor que entra (e que precisa ser removido) é
Então a potência elétrica usada é
Em 1 h (3600 s), a energia elétrica consumida é
Passo 5
Calor jogado para fora em 1 h:
Pela 1ª Lei adaptada ao refrigerador, a taxa de calor rejeitado é
Em 1 h:
Pela 1ª Lei adaptada ao refrigerador, a taxa de calor rejeitado é
Em 1 h:
Resposta
(a) A energia elétrica consumida em 1 h é cerca de
(b) O calor rejeitado para fora em 1 h é cerca de
(b) O calor rejeitado para fora em 1 h é cerca de