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UFMS PASSE 2ª Etapa 2019 2021
No estudo da termodinâmica, constantemente nos deparamos com máquinas térmicas e frigoríficas, bem como com o cálculo de rendimento e eficiência. Em cada máquina, o fluxo de calor segue uma determinada ordem, assim como o trabalho.
O cálculo da eficiência nas máquinas frigoríficas, é calculado pelo módulo da razão do:
a
calor retirado da fonte fria e o trabalho externo.
b
calor retirado da fonte quente e o trabalho externo.
c
trabalho feito pelo sistema e o calor cedido para a fonte fria.
d
trabalho feito pelo sistema e o calor fornecido pela fonte quente.
e
calor retirado da fonte fria e o calor fornecido para a fonte quente.
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Resposta
A
Tempo médio
59 s
Resolução
Solução passo a passo
- Máquinas frigoríficas (refrigeradores, freezers, condicionadores de ar) retiram calor da fonte fria (\(Q_c\)) e o rejeitam para a fonte quente (\(Q_h\)), realizando esse processo à custa de um trabalho externo (\(W\)).
- Define-se o coeficiente de desempenho (COP) de uma máquina frigorífica como \[\text{COP}=\frac{|Q_c|}{|W|}\] onde:
- \(|Q_c|\) é o módulo do calor retirado da fonte fria;
- \(|W|\) é o módulo do trabalho fornecido à máquina pelo meio externo.
- A questão pede explicitamente: “o cálculo da eficiência nas máquinas frigoríficas é calculado pelo módulo da razão do …”. Logo precisamos identificar, entre as alternativas, aquela que expressa a razão \(|Q_c|/|W|\).
- A alternativa que traz “calor retirado da fonte fria e o trabalho externo” corresponde exatamente a \(|Q_c|/|W|\).
Resposta: alternativa A.
Dicas
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Lembre que refrigeradores não produzem trabalho; eles consomem trabalho para retirar calor.
Pergunte-se: qual grandeza queremos maximizar – o calor retirado da geladeira.
Compare a fórmula do COP (\(|Q_c|/|W|\)) com cada alternativa.
Erros Comuns
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Confundir eficiência de máquinas térmicas (\(|W|/|Q_h|\)) com COP de máquinas frigoríficas.
Acreditar que o calor rejeitado à fonte quente faça parte da razão do COP.
Invertê-la, colocando trabalho no numerador e calor no denominador.
Revisão
Revisão de conceitos
- Primeira lei da Termodinâmica: \(\Delta U = Q - W\). Para ciclos completos, \(\Delta U=0\), logo \(Q = W\).
- Máquina térmica: transforma calor em trabalho. Eficiência \(\eta = |W|/|Q_h|\).
- Máquina frigorífica: usa trabalho para retirar calor de uma fonte fria.
• Remove \(Q_c\) da fonte fria.
• Rejeita \(Q_h\) à fonte quente.
• Recebe trabalho externo \(W\).
• Coeficiente de desempenho (COP): \(\displaystyle \text{COP} = \frac{|Q_c|}{|W|}\).
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