Q5.11 Your roommate decides to cool the kitchen by opening the refrigerator. Will this strategy work? Explain your reasoning.
Passo 1
O enunciado pergunta se abrir a porta da geladeira para “esfriar a cozinha” funciona. Informações relevantes dadas (implícitas pelo enunciado):
- Há uma geladeira elétrica fechada normalmente; o colega abre a porta para que o ar frio interno entre na cozinha.
- A cozinha é o ambiente que se quer esfriar; assumimos que a cozinha é um espaço fechado (sem expulsar calor para fora do prédio).
- Não foram fornecidos números; a resposta deve ser conceitual e baseada nas leis de conservação de energia.
Passo 2
Como a geladeira funciona (explicação didática passo a passo):
- Uma geladeira remove calor de um espaço frio (o interior) e libera calor em um espaço mais quente (o ambiente da cozinha). Para fazer isso ela consome energia elétrica para mover um compressor: essa energia elétrica é transformada em trabalho e calor dissipado.
- Vamos definir símbolos para ficar claro:
-
= quantidade de calor retirada do espaço frio (no caso, quando a porta está aberta, parte desse calor vem da cozinha); -
= trabalho/energia elétrica fornecido ao compressor (toda essa energia acaba virando calor no ambiente, direta ou indiretamente); -
= quantidade de calor rejeitada ao ambiente (rodando o ciclo, a geladeira libera calor nas bobinas externas).
-
- Princípio de conservação de energia para o ciclo da geladeira (primeira lei da termodinâmica aplicada ao refrigerador): a energia rejeitada ao ambiente é a soma do calor retirado do interior mais o trabalho fornecido:
Expliquei o que cada termo significa acima:
sai do interior;
é a energia elétrica consumida;
vai para a cozinha.
Passo 3
O que acontece quando a porta fica aberta:
- Ao abrir a porta, o ar mais frio da geladeira mistura com o ar da cozinha; calor flui espontaneamente da cozinha (mais quente) para o interior frio da geladeira. Assim, a geladeira passa a retirar calor que, em larga medida, vem da própria cozinha. Ou seja,
é aumentado e esse calor originalmente estava na cozinha. - A geladeira então trabalha para remover esse calor, consumindo energia elétrica
, e rejeita ao ambiente da cozinha a quantidade . - Comparando: a cozinha perde inicialmente
(porque esse calor foi “sugado” para o interior), mas em seguida recebe de volta . O ganho líquido de calor do ambiente cozinha é
Portanto, a cozinha recebe mais calor do que perdeu: exatamente a energia elétrica
que alimenta o compressor — e
.
Passo 4
Interpretação com a eficiência da geladeira (coeficiente de desempenho) e um exemplo numérico simples para fixar a ideia:
- Definimos o coeficiente de desempenho da geladeira (COP) como
Rearranjando,
. Substituindo em
:
- Mesmo que
(geladeiras eficientes costumam ter entre cerca de 1 e 4, dependendo das condições), o fator é maior que 1, logo . - Exemplo numérico simples (sem calculadora): suponha que, ao abrir a porta, a geladeira retire
J da cozinha por unidade de tempo e que a geladeira tenha . Então J e J. A cozinha acaba com J a mais por unidade de tempo — ou seja, aquece.
Passo 5
Observações práticas e conclusão intuitiva:
- No curto prazo você pode sentir uma corrente de ar frio próximo à porta aberta: isso dá a sensação imediata de resfriamento local. Mas é apenas local e temporário; a geladeira passa a operar mais (ou por mais tempo) e libera mais calor para a cozinha no total.
- Se a cozinha estivesse ventilada para fora do prédio (por exemplo com um exaustor que expelisse calor para fora), o balanço poderia mudar — mas na situação típica de um cômodo fechado, o calor extra gerado pelo compressor fica no cômodo.
- Portanto abrir a geladeira para esfriar a cozinha é contraproducente: no balanço final a cozinha aquece, não esfria.
Resposta
Não — abrir a geladeira para “esfriar” a cozinha é contraproducente: a geladeira retira calor do ar e consome energia
do compressor, e o calor rejeitado ao ambiente é
, ou seja, a cozinha recebe mais calor do que foi retirado, aquecendo-se no total.