UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO DEPARTAMENTO DE FÍSICA
Problema 11.
Questão Conceituais.
a) Uma cozinha poderia ser resfriada deixando-se a porta do refrigerador aberta? Explique.
Questão Conceituais.
a) Uma cozinha poderia ser resfriada deixando-se a porta do refrigerador aberta? Explique.
Passo 1
O enunciado pergunta se é possível resfriar (esfriar) uma cozinha deixando a porta do refrigerador aberta. Ou seja: a ação proposta é manter a porta do refrigerador aberta e esperar que a temperatura da cozinha diminua. Dados fornecidos: apenas a situação descrita (porta do refrigerador aberta dentro da cozinha). O que se pede: decidir se isso resfria a cozinha e explicar por quê.
Passo 2
Entendendo, de forma simples, como um refrigerador funciona (conceito essencial).
- Um refrigerador retira calor do interior frio (o compartimento) e o rejeita para o exterior (normalmente a cozinha) usando um ciclo termodinâmico acionado por trabalho (o compressor).
- Em termos de energia, as quantidades relevantes são:
-
: quantidade de calor roubada do compartimento frio (por unidade de tempo, se pensarmos em potência); -
: trabalho fornecido ao compressor (energia elétrica consumida por unidade de tempo); -
: quantidade de calor rejeitada ao ambiente externo (cozinha).
-
- A conservação de energia para um ciclo em regime estacionário dá a relação (primeira lei da termodinâmica aplicada ao ciclo):
Isto significa: o calor que sai para a cozinha é a soma do calor extraído do interior mais o trabalho convertido em calor pelo ciclo.
Passo 3
Intuição sobre sinais e direção dos fluxos (para não se perder):
- Quando o refrigerador está fechado e funcionando normalmente,
sai do interior (reduz a energia interna dos alimentos) e vai para a cozinha; a cozinha recebe . - Quando a porta fica aberta, o “interior” e a cozinha ficam praticamente na mesma região de ar: o refrigerador passa a sugar calor do próprio ar da cozinha e depois a rejeitá‑lo de volta para a cozinha.
Passo 4
Aplicando a equação ao caso da porta aberta e interpretando o efeito líquido.
- Se a porta está aberta, o refrigerador continua funcionando (o compressor consome potência elétrica
) e continua extraindo calor do ar (que agora é o ar da cozinha), então há um fluxo que vem da cozinha para o circuito frigorífico e depois é rejeitado novamente na cozinha. - Usando a relação
a cozinha recebe
de volta. O que saiu da cozinha foi
, mas o que entrou foi
. O ganho líquido de energia da cozinha é
- Conclusão física direta: deixar a porta aberta faz com que a cozinha receba, no total, exatamente a potência elétrica dissipada pelo refrigerador (
). Ou seja, o refrigerador passa a funcionar como um aquecedor que converte energia elétrica em calor dentro da própria cozinha.
Passo 5
Explicação por outra via (Segunda Lei e sentido do processo) — reforço didático.
- A Segunda Lei da Termodinâmica diz que não se pode espontaneamente transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente sem fornecimento de trabalho. O refrigerador usa trabalho para transferir calor do interior (mais frio) para o condensador (mais quente).
- Com a porta aberta não há “interior isolado mais frio” que se mantenha abaixo da temperatura da cozinha; portanto não existe um processo espontâneo que retire calor da cozinha e o leve para fora sem gerar trabalho adicional. O único trabalho sendo fornecido é elétrico e esse trabalho acaba sendo transformado em calor que é liberado na cozinha. Logo, não há milagre: a Segunda Lei impede que o aparelho, sem descarregar calor fora da cozinha, reduza a temperatura ambiente.
Passo 6
Observação sobre efeitos transitórios e percepção imediata.
- Pode-se sentir, por alguns instantes e muito próximo ao evaporador (grade interna), uma sensação de ar mais frio — isso é só movimento local do ar e diferença de fluxo. Mas esse efeito é local e temporário; em regime estacionário o compressor continuará funcionando e a cozinha terminará mais quente.
- Em resumo: qualquer resfriamento local momentâneo é compensado (e superado) pelo calor adicional gerado pelo trabalho do compressor.
Passo 7
Exemplo numérico rápido (para fixar a ideia).
- Suponha que o compressor consome
de potência elétrica. Com porta aberta, o refrigerador pode estar “removendo” do ar próximo, mas rejeita para a cozinha. O ganho líquido da cozinha é , exatamente a potência elétrica consumida. Ou seja, a cozinha aquece a — não esfria.
Passo 8
Resumo final e interpretação prática.
- Para que um refrigerador esfrie uma cozinha por deixar a porta aberta seria necessário que o calor extraído do ar da cozinha fosse totalmente removido para fora do cômodo; mas na configuração normal o calor rejeitado e o calor gerado pelo trabalho ficam na cozinha.
- Só se o sistema de rejeição de calor (o condensador/ventilação) estivesse fora da cozinha — por exemplo, um sistema que descarregue todo o calor para fora do edifício — então poderia haver resfriamento do cômodo. No refrigerador doméstico típico, isso não acontece.
Resposta
Não. Abrir a porta faz o refrigerador consumir trabalho elétrico que é convertido em calor liberado na cozinha; em regime estacionário o efeito líquido é aquecer a cozinha (o ganho líquido de energia é igual ao trabalho do compressor).