Enunciado
Física - Física para Cientistas e Engenheiros - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica: Volume 1 - 6ª Edição - Mosca, Tripler- Ed: 6º - Capítulo 20.1 - Ex. 38
O custo do ar-condicionado de uma casa é aproximadamente proporcional à taxa em que o calor é absorvido pela casa do seu ambiente, dividido pelo coeficiente de desempenho (COP) do ar-condicionado. Vamos denotar a diferença de temperatura entre a temperatura interna e a externa como . Supondo que a taxa na qual o calor seja absorvido por uma casa seja proporcional a e que o ar condicionado esteja operando idealmente, mostre que o custo do ar-condicionado é proporcional a dividido pela temperatura dentro da casa.
Passo 1
Bom, o coeficiente de desempenho deve ser escrito em termos da quantidade de energia que o ar-condicionado gasta para manter a diferença de temperatura entre o interior e o exterior da casa. Para escrevermos essa relação vamos relacionar a taxa em que o calor é absorvido com a taxa de energia utilizada:
Passo 2
E para o fato do ar-condicionado estar operando idealmente, podemos escrever o valor máximo que o coeficiente pode assumir pela razão entre a temperatura do interior com a diferença de temperatura:
Igualando as duas equações:
E isolando a taxa de energia consumida:
Passo 3
Utilizando a equação de potência podemos reescrever a taxa de calor transferido:
Ficamos com:
Separando os diferenciais e integrando:
Passo 4
E por fim, podemos escrever o custo como sendo o produto da energia consumida W com o preço da unidade de energia:
Substituindo a equação de W:
Logo, o custo é proporcional a .
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)