O que você entende por refrigerador? Um refrigerador é um dispositivo cuja função é transferir calor de um reservatório térmico em uma temperatura mais baixa para um outro reservatório térmico em uma temperatura mais alta. Em um processo natural o calor se transfere de um reservatório com temperatura mais alta para outro com uma temperatura mais baixa. Para conseguir realizar uma transferência de calor num sentido contrário ao sentido natural, o refrigerador necessita executar trabalho na substância de trabalho.
Passo 1
O enunciado diz que um refrigerador é um dispositivo que retira calor de um reservatório a uma temperatura mais baixa
e o transfere para outro reservatório a uma temperatura mais alta
, contrariando o fluxo natural do calor, e para isso ele precisa receber trabalho externo.
Passo 2
Em um processo espontâneo de calor, ele flui sempre de um corpo mais quente para um mais frio. Para inverter esse sentido – isto é, fazer o calor ir de
para
– o refrigerador consome trabalho
e utiliza uma substância de trabalho que executa um ciclo termodinâmico reverso ao de um motor térmico.
Passo 3
Aplicando a primeira lei da termodinâmica ao ciclo completo (variação de energia interna nula,
):
usando notação usual:
onde
• é o calor retirado do reservatório frio,
• é o trabalho fornecido ao refrigerador,
• é o calor rejeitado ao reservatório quente.
•
•
•
Passo 4
Definimos o coeficiente de desempenho (COP) do refrigerador,
, como a razão entre o calor extraído do frio e o trabalho consumido:
Geralmente
, pois
inclui não só o trabalho inserido mas também parte do calor que seria rejeitado.
Resposta
Um refrigerador é um dispositivo termodinâmico que, ao receber trabalho
, retira calor
de um reservatório a baixa temperatura e rejeita um calor maior
para um reservatório mais quente. Seu desempenho é medido pelo coeficiente de desempenho
que indica quanto de calor frio ele consegue “bombear” para fora para cada unidade de trabalho fornecida.