Problema — Frigo con la porta aperta

Testo

Un amico propone di raffrescare la cucina d’estate lasciando aperta la porta del frigorifero. Cosa succede realmente alla temperatura media della cucina? Spiega ragionando sul bilancio di calore estratto dal vano e calore scaricato dalla serpentina posteriore, tenendo conto che il compressore dissipa energia elettrica. Quale dispositivo raffrescherebbe davvero la stanza, e perché?

Soluzione

Bilancio del frigorifero. Il frigorifero estrae calore $Q_C$ dal vano interno e, tramite il compressore alimentato con lavoro elettrico $L_\text{el}$, lo scarica dalla serpentina posteriore. In un ciclo $\Delta E_\text{int} = 0$, quindi il primo principio dà

$Q_H = Q_C + L_\text{el} > Q_C$

Bilancio della cucina. Con la porta aperta, sia il vano (che assorbe $Q_C$) sia la serpentina (che emette $Q_H$) sono dentro la stessa stanza. Il calore netto immesso nell’aria della cucina è

$Q_\text{netto} = Q_H - Q_C = L_\text{el} > 0$

Conclusione. La cucina si scalda: il calore estratto dal vano viene rimesso in stanza dalla serpentina, e in più vi si aggiunge l’energia elettrica $L_\text{el}$ dissipata dal compressore. Il frigorifero a porta aperta è, nel bilancio complessivo, una piccola stufa.

$\ev{Q_H > Q_C \Rightarrow \text{la cucina si scalda di } L_\text{el} \text{ a ogni ciclo}}$

Cosa raffrescherebbe davvero. Un condizionatore, che ha il condensatore (la serpentina calda) fuori dalla stanza: espelle $Q_H$ all’esterno e assorbe $Q_C$ dall’interno, con bilancio netto per la stanza $-Q_C < 0$. Solo separando la sorgente calda dall’ambiente da raffreddare si ottiene un raffrescamento reale.

Collegamenti

Argomenti: Macchine termiche Concetti: Frigorifero e pompa di calore · Primo principio della termodinamica · Secondo principio della termodinamica Competenze: Conservazione dell’energia Oggetti: Frigorifero