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FUVEST 2012
Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta. Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira. Após a abertura da porta, a temperatura da sala,
a
diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
b
diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta.
c
diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta.
d
aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta.
e
não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado.
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Resposta
C
Tempo médio
1 min
Resolução
Se a porta da geladeira se mantém fechada, ela retira calor do seu interior (Qfrio) e, pelo funcionamento do compressor, rejeita para o ambiente externo (a sala) uma quantidade de calor maior que essa (
\(Q_{quente}=Q_{frio}+W\), onde \(W\) é o trabalho gasto pelo motor).
Quando a porta é aberta:
- Mistura do ar – o ar frio sai da geladeira e se mistura com o ar da sala. Esse ar é um pouco mais frio que o ambiente, logo a temperatura da sala cai ligeiramente nesse primeiro instante.
- Funcionamento contínuo do motor – o termostato detecta a subida de temperatura interna e mantém o compressor ligado o tempo todo. O motor converte energia elétrica em trabalho \(W\) e toda essa energia, somada ao calor retirado do interior, é devolvida à sala.
- Sala termicamente isolada – não há troca de calor com o exterior; toda a energia dissipada pelo motor permanece na sala.
- Resultado global – o calor que entra na sala (\(Q_{quente}\)) é maior que o que sai da geladeira (\(Q_{frio}\)). Assim, depois de algum tempo, a energia interna da sala é maior que antes e a temperatura final ultrapassa a temperatura original.
Portanto, a temperatura da sala diminui no início, mas, após algum tempo, fica maior do que era antes da porta ser aberta.
Alternativa correta: C.
Dicas
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Lembre-se de que o compressor gera calor extra além do calor retirado do interior da geladeira.
Sala isolada significa que toda energia mecânica + calor liberados ficam presos dentro dela.
Reflita sobre o que ocorre imediatamente ao abrir a porta (mistura de ar) e depois de alguns minutos.
Erros Comuns
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Achar que a geladeira "faz frio" e, portanto, manterá a sala mais fria (alternativas A ou B).
Ignorar o trabalho do compressor e pensar que não há troca de energia porque a sala é isolada (alternativa E).
Confundir a ordem dos efeitos (esfriar depois aquecer) e escolher a alternativa D.
Revisão
Primeira Lei da Termodinâmica
Variação de energia interna é a soma do calor recebido e do trabalho realizado sobre o sistema.
Ciclo de refrigeração
- A geladeira remove calor de seu interior (região fria) e o rejeita para fora (região quente).
- Para isso, necessita de trabalho mecânico fornecido pelo compressor.
Eficiência
O calor rejeitado é sempre maior que o calor retirado, pois \(Q_{quente}=Q_{frio}+W\).
Sistema isolado
Se a sala é termicamente isolada, toda energia liberada pelo compressor fica confinada nela, provocando aquecimento.
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