OBF 2024 (1ª fase, Nível III) — questão 15 de Física

Resolução comentada

O que a questão pede: quanto calor cada aparelho entrega ao ambiente para cada unidade de energia elétrica consumida.

Passo 1 — a estufa. No resistor ideal, toda a energia elétrica vira calor (efeito Joule), nem mais nem menos: $Q = E$.

$$C_e = \frac{Q}{E} = 1$$

Passo 2 — o ar-condicionado no ciclo quente. Ele funciona como uma bomba de calor: usa a energia elétrica $E$ para retirar um calor $Q_f$ do ar de fora (mais frio) e despejar tudo dentro do ambiente. Pela conservação da energia, o calor entregue dentro é a soma:

$$Q = E + Q_f > E$$

$$C_{ac} = \frac{E + Q_f}{E} > 1$$

A energia elétrica não “vira” o calor; ela só bombeia calor que já existia lá fora. Por isso cada joule consumido entrega mais de um joule ao ambiente. Para uma bomba ideal (de Carnot), $C_{ac} = \frac{T_q}{T_q - T_f}$, que é bem maior que 1 quando a diferença de temperatura é pequena.

Por que não as outras: (A) trata o ar-condicionado como um resistor; (B) o 4,2 é a conversão de caloria para joule, que não tem nada a ver com desempenho; (C) e (E) violam a conservação da energia no resistor ideal ou ignoram o calor retirado de fora.

⚠️ A armadilha: achar que nenhuma máquina pode entregar mais energia do que consome. Não há violação: o calor extra não é criado, é transportado do ambiente externo.

A ideia em uma frase: o resistor transforma energia em calor (rendimento 1); a bomba de calor transporta calor de fora para dentro e entrega mais do que consome.

Resposta: alternativa D ($C_e = 1$ e $C_{ac} > 1$).