Outra inovação tecnológica surgida na primeira metade do século XX, foi a utilização da refrigeração a ar em vez da refrigeração a água. Nos veículos cujos motores são refrigerados a água, são necessários dutos para colocar a água em contato com o motor aquecido e um radiador para resfriar a água que vai ser reutilizada para a refrigeração. Já na refrigeração a ar, o fluxo de ar ambiente, criado pelo próprio movimento do veículo, levado por aletas a entrar em contato com o motor, rouba calor ao passar por ele. Ora, o calor específico da água é 1,0 cal/goC, enquanto o do ar é 0,25 cal/goC. Assim sendo, para que ambos os sistemas de refrigeração tenham a mesma eficiência, isto é, provoquem o mesmo decréscimo na temperatura do motor durante o mesmo intervalo de tempo, a massa m de ar e a massa m’ de água utilizadas devem ser tais que
- A)m = 4. m′ .
Certa: como o calor específico do ar é 4 vezes menor que o da água, a massa de ar precisa ser 4 vezes maior para retirar o mesmo calor.
- B)m = 2. m′ .
Errada: 2 vezes a massa de água ainda não compensa o fato de o ar ter calor específico bem menor.
- C)m = m′ .
Errada: massas iguais não funcionam, porque o ar absorve menos calor que a água na mesma variação de temperatura.
- D)m = m′ / 2
Errada: metade da massa de água seria ainda mais insuficiente para o ar realizar a mesma refrigeração.
- E)m = m ′ / 4
Errada: dividir por 4 inverte a relação correta entre as massas, quando na verdade o ar precisa ter massa maior.
Gabarito: A
A ideia central aqui é simples: para a mesma queda de temperatura do motor, o sistema de refrigeração precisa retirar a mesma quantidade de calor por unidade de tempo. E, em termologia, o calor trocado é dado por Q = m.c.ΔT. Como o enunciado diz que o decréscimo de temperatura e o intervalo de tempo são os mesmos, o que muda mesmo é a massa do fluido e o calor específico de cada um. Agora entra o detalhe decisivo: a água tem calor específico 1,0 cal/g°C, enquanto o ar tem 0,25 cal/g°C. Isso significa que, para variar sua temperatura em 1°C, a água absorve 4 vezes mais calor do que o ar. Em outras palavras, o ar é mais “fraquinho” para levar calor embora, então precisa de mais massa para compensar. Igualando a capacidade de retirar calor, temos m.ar.c.ar = m.água.c.água. Como c_ar = 0,25 e c_água = 1,0, fica m.0,25 = m'.1,0. Logo, m = 4m'. É exatamente isso que a alternativa A afirma. Então o raciocínio é: mesmo efeito térmico, mesmo ΔT, mesma lógica de Q = m.c.ΔT, mas como o ar tem calor específico menor, a massa de ar precisa ser maior. Física térmica adora trocar “qualidade de absorção” por quantidade de matéria. Aqui, a conta fecha em quatro vezes.