Lista de exercícios:
Lei da termodinâmica.
Um comerciante de geladeiras e freezers garante que os seus produtos apresentam um coeficiente de eficácia igual a 3, isto é, para cada unidade de energia fornecida ao compressor, o equipamento retira o triplo de calor do seu compartimento interno. Explicar por que essa afirmativa não procede.
Um comerciante de geladeiras e freezers garante que os seus produtos apresentam um coeficiente de eficácia igual a 3, isto é, para cada unidade de energia fornecida ao compressor, o equipamento retira o triplo de calor do seu compartimento interno. Explicar por que essa afirmativa não procede.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que o enunciado pede. Ele tá falando de geladeiras/freezers e diz que o comerciante garante um “coeficiente de eficácia” de 3, ou seja, cada 1 J de trabalho no compressor retira 3 J de calor do interior. A matéria aqui é a 2ª Lei da Termodinâmica aplicada a refrigeradores (ou “coeficiente de desempenho”, COP). Para resolver, vamos precisar:
- Definir o que é COP de um refrigerador;
- Fazer o balanço de energia (1ª Lei);
- Aplicar a 2ª Lei (no caso, a forma de Clausius para um ciclo reversível);
- Ver que o COP depende da temperatura, logo não dá para garantir um valor fixo “3” sem mais dados.
Passo 2
Primeiro, defino o COP (ε) de um refrigerador:
onde
-
é o calor retirado do ambiente frio (interior da geladeira), -
é o trabalho fornecido ao compressor.
Pela 1ª Lei, a energia que sai no gás quente para o ambiente externo () é a soma de com o trabalho:
Passo 3
Agora a 2ª Lei, para um ciclo perfeitamente reversível (Carnot), diz que
No nosso caso de refrigerador, isso vira
porque retiramos
de
(sinal “–”) e rejeitamos
em
.
Passo 4
Substituo
nessa equação:
Então o COP máximo (reversível) é
Repara que isso depende de
e
– você não vai obter sempre 3 se não souber a que temperaturas isso vale.
Passo 5
Para ter
precisaria
Ou seja, a possibilidade real de
vai mudar conforme
(temperatura da cozinha/sala) e
(temperatura interna do freezer). Sem dizer esses valores, não dá pra “garantir” que todo aparelho vai ter COP=3. Na prática, a performance varia e nunca bate exatamente esse número sem especificar as condições.
Resposta
Afirmar que toda geladeira/freezer “retira 3 vezes o calor por unidade de energia” é enganoso, porque o COP real de um refrigerador depende das temperaturas interna e externa segundo
portanto não dá pra fixar universalmente
sem especificar
e
.