Questão 85 da FUVEST 2012

1ª fase

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,

  1. A
    diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
  2. B
    diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta.
  3. C
    diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta.
  4. D
    aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta.
  5. E
    não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado.
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Resolução comentada

Pense na sala como um sistema fechado e isolado: nenhuma energia entra ou sai dela, a não ser a que vem da tomada, pela rede elétrica (o fio da geladeira atravessa a fronteira).\n\nUma geladeira é uma máquina térmica que funciona ao contrário: ela retira calor Q_f do interior (frio) e joga no ambiente (pela serpentina traseira) uma quantidade Q_q maior, pois recebe também o trabalho W do motor:\n\n

Q_q = Q_f + W
\n\nCom a porta aberta, o "interior" da geladeira passa a ser a própria sala. Então o calor retirado da sala volta para a própria sala, e ainda se soma o trabalho W que o compressor consome, convertido em calor.\n\n1. Inicialmente, o ar perto do interior frio esfria um pouco, mas é só uma troca local.\n2. Em seguida, o ar da sala só recebe energia: o calor Q_q = Q_f + W é entregue e o calor Q_f é retirado, então o saldo é +W.\n3. Como a energia total da sala aumenta com o tempo (por W), a temperatura média sobe continuamente.\n\nAssim, a sala esfria só no começo (o interior da geladeira estava mais frio), mas depois passa a esquentar e fica mais quente do que era no instante da abertura da porta.\n\nNão há equilíbrio térmico com queda de temperatura (A, B), nem a temperatura permanece constante (E), pois o sistema recebe energia elétrica. Também não acaba menor (D).\n\nAlternativa C.

Pegadinha: A alternativa E engana ao tratar a sala como isolada de qualquer energia, esquecendo que a geladeira recebe trabalho da rede elétrica.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AIgnora o trabalho elétrico do compressor, que fornece energia à sala; a temperatura final não é de equilíbrio mais baixo.
  • BA queda não é contínua: o calor liberado pela serpentina mais o trabalho do motor supera o retirado.
  • DInverte a ordem: a sala esfria primeiro e depois esquenta, não o contrário.
  • EO sistema é termicamente isolado, mas não eletricamente: entra energia pelo fio da geladeira.

Assuntos: segunda lei da termodinâmica, máquinas térmicas, geladeira.

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