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Enunciado

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

Um freezer possui coeficiente de desempenho igual a 2,40 . O freezer deve converter 1,80   k g de água a 25   ° C em 1,80   k g de gelo a - 5   ° C em uma hora. a) Que quantidade de calor deve ser removida da água a 25   ° C para convertê-la em gelo a - 5   ° C ? b) Qual é a energia elétrica consumida pelo freezer durante uma hora? c) Qual é a quantidade de calor rejeitado para a sala na qual o freezer está localizado?

Passo 1

a) A água congela em aproximadamente 0   ° C , o que significa que se quisermos reduzir sua temperatura até - 5   ° C vamos precisar congelar ela antes a   0 ° C e depois resfriar de 0   ° C até - 5   ° C . Assim, a gente vai precisar da equação da calorimetria tanto para o gelo quanto para a água e precisaremos da equação de calor latente de congelamento da a água:

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 + m c g e l o ∆ T g e l o

Substituindo os valores e usando os calores os específicos e o calor latente de cada caso, ficamos com:

Q = 1,80   k g 4190   J / k g ⋅ K 0 - 25   ° C - 1,80   k g 3,34 × 10 5   J / k g ⋅ K + ( 1,80   k g ) ( 2010   J / k g ⋅ K ) ( - 5,0 ° C )

Q = - 8,08 × 10 5   J

Passo 2

b) Vamos usar a equação de desempenho para o refrigerador para calcularmos o trabalho que ele precisa para operar:

K = Q C W

Isolando W e substituindo os valores:

W = 8,08 × 10 5   J 2,4 = 3,37 × 10 5   J

Passo 3

c) Agora somamos o calor absorvido com o trabalho para sabermos o valor, em módulo, do calor liberado pelo refrigerador para a sala:

Q H = W + | Q C |

Q H = 3,37 × 10 5   J + 8,08 × 10 5   J

Q H = 1,14 × 10 6   J

Resposta

a   - 8,08 × 10 5   J

b   3,37 × 10 5   J

c   1,14 × 10 6   J

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