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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 20.Exercício - Ex. 19

Certa marca de freezer anuncia que usa 730   k W ⋅ h de energia por ano. a) Supondo que o freezer funcione durante 5 horas todos os dias, quanta potência ele requer enquanto está em funcionamento? b) Se o freezer mantém seu interior a uma temperatura de - 5   ° C em uma sala a 20   ° C , qual é o seu coeficiente de desempenho teórico máximo? C) Qual é a quantidade máxima teórica de gelo que esse freezer poderia fazer em uma hora partindo de água a 20   ° C ?

Passo 1

a) Considerando que um ano tem 365 dias, multiplicamos o número de horas que o freezer opera pelo número de dias:

5 h / d i a   ⋅ 365   d i a s = 1825   h

Agora pegamos o valor da energia dada no enunciado e dividimos por esse valor para acharmos a potência:

P = W t

P = 730   k W h 1825   h

P = 400   W

Passo 2

b) Podemos usar a equação de desempenho para o freezer de Carnot:

K C a r n o t = T C T H - T C

Substituindo os valores:

K C a r n o t = 268   K 293   K - 268   K = 10,7

Passo 3

c) Basta pegarmos a potência que calculamos no item anterior e multiplicarmos por 3600   s que é o valor em segundos para uma hora:

W = P t = ( 400   W ) ( 3600   s )

W = 1,44 × 10 6   J

Depois usamos o calor liberado no processo de resfriamento e congelamento da água, como queremos a massa, vamos usar o módulo desse calor:

| Q | = m c á g u a ∆ T á g u a + m L c o n g e l a m e n t o

Que é o calor absorvido pelo refrigerador Q C . Vamos colocar a massa em evidência e isolar ela:

m = | Q C | c á g u a ∆ T á g u a + L c o n g e l a m e n t o

E como não temos | Q C | , vamos usar a equação de desempenho para um refrigerador:

K = Q C W

Para substituir ele na equação anterior:

m = | W | K c á g u a ∆ T á g u a + L c o n g e l a m e n t o

Substituindo os valores:

m = 1,44 × 10 6   J 10.7 ( 4190   J / k g ⋅ K ) ( 20,0   K ) + 334 × 10 3   J / k g

m = 36,9   k g

Resposta

a   400   W

b   10,7

c   36,9   k g

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