Termodinâmica

Refrigerador (Carnot invertido)

Invertido: trabalho bombeia calor frio→quente (COP = Tc/(Th−Tc)).

Refrigerador (Carnot invertido) — simulação interativa de Termodinâmica. Invertido: trabalho bombeia calor frio→quente (COP = Tc/(Th−Tc)). Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.

COP do refrigerador

Funciona ao revés: o trabalho bombeia calor de frio a quente (COP = Tc/(Th−Tc)).

Um refrigerador é um motor térmico funcionando ao contrário: o trabalho elétrico bombeia calor do interior frio para o ambiente quente. O coeficiente de desempenho COP = Q_c/W pode exceder 1 porque o calor bombeado é maior que o trabalho fornecido — diferente da eficiência, que é sempre ≤ 1.

• COP = T_c/(T_h−T_c)
• Entrada de trabalho

Resumo da investigação

Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório

O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.

Pergunta de direção

Executar o ciclo de Carnot ao contrário transforma um motor em um refrigerador – a rede entra em vez de sair. O gás ainda absorve calor do reservatório frio, como uma geladeira de verdade retirando calor de seu interior?

Previsões para pesar

• Não – reverter o ciclo também inverte qual reservatório absorve calor.
• Um ciclo reverso não troca calor com nenhum dos reservatórios.
• Sim – o ciclo inverso absorve calor do lado frio e despeja mais calor no lado quente, usando o trabalho de entrada para isso.

Papéis variáveis

O que você definiu:

• Número da etapa

O que você mede:

• Volume alvo da etapa V (L)
• Trabalho realizado pelo gás nesta etapa (J)

Como funciona a investigação

1. Abra a predefinição Carnot-Fridge e pressione Redefinir. As mesmas 4 etapas do ciclo de carnot são executadas na ordem inversa.
2. Habilite a leitura de trabalho por etapa e as leituras de COP de resfriamento/aquecimento.
3. Para cada etapa do ciclo (1 a 4), leia o volume alvo da etapa e o trabalho realizado pelo gás durante essa etapa.

Equação governante

Coeficiente de desempenho do refrigerador — COP = Tc / (Th − Tc)

O desempenho de resfriamento de um ciclo de Carnot invertido é medido por COP_cool = Tc/(Th − Tc): quanto calor é removido do espaço frio por unidade de trabalho fornecida. Intervalos de temperatura menores proporcionam um COP melhor (mais alto).

O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam

• Some os valores do trabalho das 4 etapas - o total (trabalho líquido realizado PELO gás) deve ser negativo, o que significa que o trabalho líquido deve ser fornecido AO gás. Calcule o COP de resfriamento = Tc/(Th − Tc) = 300/(600−300) = 1.0 e o COP de aquecimento = Th/(Th − Tc) = 2.0.
• Compare a ordem das etapas aqui com a ordem das etapas do ciclo de Carnot. Explique como simplesmente inverter a sequência das mesmas 4 etapas inverte o ciclo de um motor (resultado líquido) para um refrigerador (entrada líquida).

Onde isso aparece além do laboratório

• Um COP de resfriamento de 1.0 significa que o refrigerador move 1 J de calor para fora do espaço frio para cada 1 J de trabalho fornecido. Um COP de aquecimento de 2.0 (modo bomba de calor) significa que fornece 2 J de calor ao espaço quente por 1 J de trabalho. Explique por que COP_heat é sempre exatamente 1 mais que COP_cool para os mesmos reservatórios.
• Ao contrário da eficiência do motor (sempre ≤ 1), o COP pode exceder 1 — isso não é uma violação da conservação de energia. Explique por que COP > 1 é possível: a energia extra fornecida vem do resfriamento do reservatório e não é criada do nada.

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. Bem-vindo ao refrigerador de Carnot
2. Selecione a câmara
3. Pressione Reproduzir
4. COP do refrigerador
5. Abra o Inspetor
6. Você conseguiu!

Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.

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Motores Térmicos & Eficiência de Carnot