— Se o aparelho tira calor de dentro, por que a parte de tras fica quente? — perguntou um cliente ao ver um…

Questão

— Se o aparelho tira calor de dentro, por que a parte de tras fica quente? — perguntou um cliente ao ver um novo freezer em uma loja. Para responder com numeros, o atendente fez um teste simples (dados ficticios, mas coerentes). Colocou, no compartimento interno, uma caixa termicamente isolada contendo 1,5 kg de agua. A temperatura da agua caiu de 25 °C para 5 °C em 20 min. Um medidor registrou consumo eletrico de 0,020 kWh no mesmo intervalo. Admita calor especifico da agua c = 4,2 x 10^3 J/(kg*°C) e a conversao 1 kWh = 3,6 x 10^6 J. Despreze trocas de calor da caixa com o ar externo. O atendente quer incluir, no folheto do produto, uma frase que comunique ao publico a relacao entre energia eletrica e calor retirado do interior, sem sugerir “criacao” de energia. Analise os dados do teste e identifique a frase que melhor comunica o coeficiente de desempenho (COP) do freezer e seu significado fisico nesse experimento.

1. A) Informar COP ˜ 2,8, pois a cada 1 J eletrico o freezer retira cerca de 2,8 J do interior.
2. B) Informar COP ˜ 0,57, pois a cada 1 J eletrico o freezer retira cerca de 0,57 J do interior.
3. C) Informar COP ˜ 1,8, concluindo que o rendimento do freezer e 180% e, por isso, ele produz energia.
4. D) Informar COP ˜ 4860, pois basta dividir 20 °C por 0,020 kWh para obter o desempenho do equipamento.
5. E) Informar COP ˜ 1,8, pois a cada 1 J eletrico o freezer retira cerca de 1,8 J do interior, transferindo o restante ao ambiente.

✅ Resposta correta: alternativa E

Resolução passo a passo

1. Calcule o calor retirado da água, Q = m x c x ΔT = 1,5 x 4,2 x 10^3 x (25 - 5) = 1,26 x 10^5 J, ou seja, 126000 J. Passo 2: Converta a energia elétrica consumida para joules: W = 0,020 x 3,6 x 10^6 = 72000 J. Passo 3: Calcule o coeficiente de desempenho, COP = Q/W = 126000 / 72000 = 1,75, que arredondado é aproximadamente 1,8. Passo 4: Interprete fisicamente: a cada 1 J de energia elétrica, o freezer retira cerca de 1,8 J do interior. Passo 5: Verifique a conservação de energia: o calor total rejeitado ao ambiente (pela parte de trás) é Q + W = 126000 + 72000 = 198000 J, ou seja, o restante é transferido ao ambiente, sem criação de energia. Passo 6: Analise as alternativas erradas. A) Está errada porque o valor 2,8 não corresponde à razão entre o calor retirado e a energia elétrica consumida. B) Está errada porque inverte a razão, obtendo 72000/126000 = 0,57, que não é o COP. C) Está errada porque COP não é rendimento percentual e o freezer não produz energia; ele apenas transfere calor com consumo de energia elétrica. D) Está errada porque dividir a variação de temperatura pela energia não tem significado físico como coeficiente de desempenho. Conclusão: a alternativa E é a correta e coincide com o gabarito oficial.

💡 Dica: Calcule o calor retirado e o consumo elétrico para determinar o COP e interprete seu significado.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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