Problema — Condizionatore e finestra aperta

Testo

Un condizionatore con la finestra aperta in estate non raffredda mai la stanza. Spiega perché, in termini di flussi di calore tra interno, esterno e compressore.

Soluzione

Come lavora un condizionatore. È un frigorifero: estrae calore $Q_f$ dall’aria interna e, con l’aiuto del lavoro elettrico $L$ del compressore, lo scarica all’esterno come $Q_c = Q_f + L$. Funziona solo se l’ambiente da raffreddare è chiuso, cioè termicamente isolato dall’esterno.

Perché la finestra aperta rovina tutto. Con la finestra aperta:

• rientro per convezione: l’aria calda esterna (a temperatura maggiore) rifluisce continuamente dentro, riportando dentro proprio il calore appena espulso. Il condizionatore raffredda un volume che è di fatto in contatto diretto con tutta l’atmosfera esterna — un serbatoio praticamente infinito.
• il compressore scalda: il lavoro elettrico $L$ non sparisce. Per il primo principio finisce tutto in calore. Se una parte di quel calore resta nel volume comune, il bilancio netto sull’ambiente può addirittura essere un riscaldamento.

Conclusione.

$\ev{\text{sistema aperto} \Rightarrow Q_c \text{ rientra} + L \text{ scalda} \Rightarrow \text{nessun raffreddamento netto}}$

Un condizionatore raffredda solo un ambiente confinato: separando le due aree (interno freddo, esterno caldo) può spostare calore dall’una all’altra. Se le due aree comunicano, sposta calore in un cerchio e in più aggiunge il calore del proprio motore.

Collegamenti

Argomenti: Macchine termiche Concetti: Frigorifero e pompa di calore · Primo principio della termodinamica Competenze: Analisi di casi limite e fantafisica Oggetti: Frigorifero