Em um manual de instruções de uma geladeira, constam as seguintes recomendações:
• Mantenha a porta de seu refrigerador aberta apenas o tempo necessário;
• É importante não obstruir a circulação do ar com a má distribuição dos alimentos nas prateleiras;
• Deixe um espaço de, no mínimo, 5 cm entre a parte traseira do produto (dissipador serpentinado) e a parede. Com base nos princípios da termodinâmica, as justificativas para essas recomendações são, respectivamente:
A) Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador de calor e o ambiente.
B) Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente, garantir a convecção do ar interno, garantir o isolamento térmico entre a parte interna e a externa.
C) Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
D) Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a transmissão do frio entre os alimentos na prateleira e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
E) Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e garantir o isolamento térmico entre as partes interna e externa.
Resolução em texto
📘 Matérias Necessárias para a Solução da Questão:
Física – Termodinâmica, Transferência de Calor (Convecção, Condução e Radiação)
📔 Nível da Questão: Médio
✅ Gabarito: C
🔹 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Comando da questão:
A questão pede para relacionar três orientações de uso de uma geladeira com princípios da termodinâmica.
📌 Explicação Detalhada:
Devemos analisar por que essas orientações são dadas e qual princípio físico justifica cada uma delas:
- Manter a porta fechada o máximo possível.
- Não obstruir o ar nas prateleiras.
- Deixar espaço entre a parede e a parte traseira da geladeira.
📌 Palavras-chave:
- Fluxo de calor
- Convecção do ar
- Troca de calor
- Dissipador
📌 Objetivo:
Compreender a relação entre o funcionamento eficiente da geladeira e as leis da termodinâmica, interpretando corretamente os processos de fluxo de calor e convecção.
➡️ Agora, vamos revisar os conceitos teóricos envolvidos.
🔹 Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 1. Troca de Calor (Lei Zero da Termodinâmica):
O calor flui do ambiente (mais quente) para o interior da geladeira (mais frio). Quando a porta é aberta, esse fluxo aumenta.
📌 2. Convecção Interna:
O ar frio, que é mais denso, tende a descer. O ar quente, sendo menos denso, sobe. Esse movimento natural cria correntes de convecção, que são essenciais para a distribuição uniforme da temperatura. A má distribuição de alimentos impede esse fluxo.
📌 3. Dissipação de Calor para o Ambiente (2ª Lei da Termodinâmica):
A serpentina (na parte traseira) precisa liberar o calor para o ambiente. Se estiver encostada na parede, essa troca fica prejudicada.
✔ O funcionamento ideal da geladeira depende do controle do fluxo de calor e da eficiência da troca térmica com o ambiente.
🔹 Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Vamos interpretar cada recomendação:
- “Mantenha a porta fechada” → Minimiza a entrada de calor do ambiente para dentro da geladeira.
- “Não obstrua o ar nas prateleiras” → Garante a circulação interna de ar, permitindo a convecção.
- “Deixe espaço atrás” → Permite que o dissipador realize a troca de calor com o ambiente.
📌 Frases-chave importantes:
- “Reduzir o fluxo de calor”
- “Garantir a convecção do ar interno”
- “Permitir troca de calor com o ambiente”
➡️ Agora vamos calcular mentalmente as relações lógicas com base nos princípios físicos.
🔹 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
📌 A lógica é puramente qualitativa (não envolve cálculos numéricos), mas exige análise correta dos fenômenos físicos:
✔ Primeira recomendação → evitar que o calor entre (e não que o “frio saia”, pois isso é fisicamente incorreto).
✔ Segunda recomendação → garantir movimentação natural do ar frio, ou seja, convecção térmica.
✔ Terceira recomendação → maximizar dissipação de calor da serpentina por convecção natural no ar ambiente.
📌 Resumindo:
- Item 1: Fluxo de calor do ambiente para dentro da geladeira (evitar).
- Item 2: Convecção interna do ar frio.
- Item 3: Troca de calor com o ambiente.
🔹 Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 A) Reduzir a saída de frio do refrigerador para o ambiente…
❌ Fisicamente incorreto. O frio não sai. O calor entra.
📌 B) Reduzir a saída de frio… garantir convecção… isolamento térmico…
❌ Mesma ideia errada de “frio saindo”. Isolamento térmico já existe na estrutura da geladeira.
📌 ✅ C) Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna… garantir a convecção… permitir troca de calor com o dissipador
✅ Perfeita. Está de acordo com todos os princípios termodinâmicos corretos.
📌 D) Transmissão de frio…
❌ Não existe transmissão de frio, apenas entrada de calor.
📌 E) Isolamento térmico entre as partes interna e externa…
❌ A recomendação final fala de dissipação, não de isolamento.
🔹 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
Cada uma das orientações do manual está relacionada com princípios da termodinâmica:
- Reduzir a entrada de calor do ambiente (1ª lei).
- Garantir a circulação de ar frio por convecção térmica.
- Manter a eficiência na troca de calor da serpentina com o ambiente externo.
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
✅ Alternativa C — Reduzir o fluxo de calor do ambiente para a parte interna do refrigerador, garantir a convecção do ar interno e permitir a troca de calor entre o dissipador e o ambiente.
🔍 Resumo Final:
Essa questão explora o funcionamento de um sistema térmico baseado na entrada e dissipação de calor. Manter a porta fechada evita a entrada de calor. A circulação de ar melhora a eficiência da convecção interna. E a distância entre o dissipador e a parede permite a dissipação térmica eficaz, seguindo a segunda lei da termodinâmica.
