Exercícios Resolvidos de Máquinas Térmicas e Refrigeradores

Você e seu colega de quarto precisam de um novo refrigerador. Na loja de eletrodomésticos, o vendedor mostra a vocês a “geladeira dos sonhos”. De acordo com a etiqueta do fabricante, essa geladeira utiliza meros 100   W de potência para retirar 100   k J de calor por minuto de seu interior a 2   º C e rejeitar 106   k J   de calor por minuto para a cozinha. De acordo com o texto em letras miúdas na etiqueta, isto é verdadeiro apenas para uma cozinha que esteja a 22   º C . Você deveria comprá-la?

  1. Não, pois essa geladeira viola tanto a primeira como a segunda leis da termodinâmica.
  2. Não, pois essa geladeira viola a primeira lei mas não a segunda lei da termodinâmica.
  3. Não, pois essa geladeira não viola a primeira lei mas viola a segunda lei da termodinâmica.
  4. Sim, pois essa geladeira não viola nem a primeira lei nem a segunda lei da termodinâmica.
  5. Sim, pois a “geladeira dos sonhos” funciona tão bem como um ciclo de Carnot.

Passo 1

Quando temos esse tipo de problema, envolvendo trabalho e calor em refrigeradores, devemos logo pensar na primeira e na segunda lei da termodinâmica aplicada a máquinas térmicas.

Vamos então verificar cada uma das leis!

A primeira lei nos diz que em um ciclo:

Q c i c l o = W c i c l o

Podemos dizer que o saldo de calor é o que entra (calor da fonte quente), menos o que sai (calor rejeitado da fonte fria):

Q c i c l o = Q Q - Q F

Como estamos interessados em descobrir o saldo do trabalho produzido pela geladeira:

W c i c l o =   Q Q - Q F

W c i c l o = 106 - 100 60 K J

W c i c l o = 100   J

Oba! A primeira Lei foi satisfeita!!!

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Agora só falta analisar a segunda lei, e para isso vamos comparar o coeficiente de desempenho K   do refrigerador com o coeficiente de desempenho K c a r n o t e verificarmos se satisfaz a segunda Lei.

No caso dos refrigeradores, a energia que queremos trabalhar é a energia necessária extraída da fonte fria e a energia “paga” em trabalho para obter essa energia da fonte fria:

K = Energia que eu quero E n e r g i a   q u e   p a g o  

K = Q F W

K = 100000 60 1 100 = 16,67  

Passo 3

Força galera, estamos quase acabando! Agora só nos resta comparar com o K c a r n o t , e analogamente podemos chamar um refrigerador ideal de refrigerador de Carnot, pois ele possui o maior coeficiente de desempenho trabalhando entre duas temperaturas dadas:

K c a r n o t = T F T Q - T F

K c a r n o t = 275 295 - 275 = 13,75

Vemos que K > K c a r n o t , portanto a segunda Lei foi violada! =(

Resposta

Letra C

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