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.

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:
    • \!Q_c: quantidade de calor roubada do compartimento frio (por unidade de tempo, se pensarmos em potência);
    • \!W: trabalho fornecido ao compressor (energia elétrica consumida por unidade de tempo);
    • \!Q_h: 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):
\!Q_h = Q_c + W.
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, \!Q_c sai do interior (reduz a energia interna dos alimentos) e \!Q_h vai para a cozinha; a cozinha recebe \!Q_h.
  • 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 \!W) e continua extraindo calor do ar (que agora é o ar da cozinha), então há um fluxo \!Q_c que vem da cozinha para o circuito frigorífico e depois \!Q_h é rejeitado novamente na cozinha.
  • Usando a relação
\!Q_h = Q_c + W,
a cozinha recebe \!Q_h de volta. O que saiu da cozinha foi \!Q_c, mas o que entrou foi \!Q_h. O ganho líquido de energia da cozinha é
\Delta E_{\text{cozinha}} = Q_h - Q_c = W.
  • Conclusão física direta: deixar a porta aberta faz com que a cozinha receba, no total, exatamente a potência elétrica dissipada pelo refrigerador ( \!W). 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 \!W=100\\ \text{W} de potência elétrica. Com porta aberta, o refrigerador pode estar “removendo” \!Q_c=50\\ \text{W} do ar próximo, mas rejeita \!Q_h = Q_c + W = 150\\ \text{W} para a cozinha. O ganho líquido da cozinha é \!150-50=100\\ \text{W}, exatamente a potência elétrica consumida. Ou seja, a cozinha aquece a 100\\ \text{W} — 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).

Exercícios relacionados