Problema — Stanza con frigorifero aperto

Testo

Perché una stanza chiusa non si raffredda se apriamo lo sportello del frigorifero lasciandolo acceso? Discuti il bilancio energetico complessivo della stanza (frigorifero + aria ambiente).

Soluzione

Impostazione — sistema chiuso. Consideriamo la stanza chiusa come sistema isolato dall’esterno: dentro ci sono l’aria e il frigorifero, alimentato da lavoro elettrico $L_\text{el}$. Il frigorifero estrae calore $Q_C$ dall’interno del vano e lo scarica, insieme al lavoro speso, dalla serpentina posteriore.

Bilancio del frigorifero. In un ciclo $\Delta E_\text{int} = 0$, quindi per il primo principio il calore scaricato dalla serpentina è

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

Bilancio della stanza. Sia il vano sia la serpentina sono dentro la stanza. Il calore $Q_C$ estratto dal vano viene rimesso nella stanza dalla serpentina, insieme a $L_\text{el}$. Il calore netto immesso nell’aria della stanza è quindi

$Q_\text{netto} = Q_H - Q_C = (Q_C + L_\text{el}) - Q_C = \ev{L_\text{el} > 0}$

Conclusione. La stanza si scalda. A ogni ciclo l’energia elettrica $L_\text{el}$ del compressore finisce, come calore, nell’aria ambiente. Il frigorifero sposta calore da un punto a un altro della stessa stanza, ma non lo espelle: raffredderebbe davvero solo se la serpentina calda fosse fuori dalla stanza (come nei condizionatori con condensatore esterno).

Collegamenti

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