ENEM 2012 — questão 81 de Física
Enunciado em texto
Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores a combustão e reduzir suas emissões de poluentes é a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar.
Disponível em: www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).
No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante
a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.
b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal.
c) o funcionamento cíclico de todos os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo.
d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.
e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.
(Enunciado: ENEM 2012, aplicação regular, Caderno 3 – Branco — INEP.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: o que impõe um teto à eficiência de um motor a combustão, por melhor que seja a queima.
Passo 1 — o motor é uma máquina térmica. Ele recebe calor da queima (fonte quente), transforma uma parte em trabalho τ e rejeita o resto, , para o ambiente (fonte fria), pelo escapamento e pelo radiador.
Passo 2 — a segunda lei da termodinâmica. Ela diz que nenhuma máquina térmica operando em ciclos transforma todo o calor recebido em trabalho: sempre sobra calor rejeitado para a fonte fria. O máximo possível é o rendimento da máquina de Carnot, entre as temperaturas das duas fontes:
Melhorar a queima aproxima o motor desse limite, mas nunca o leva a 100%. Esse é o fator limitante.
Por que não as outras: (A) o esgotamento do combustível é um problema de recursos, não um limite à eficiência; (C) nenhuma energia é “guardada para o próximo ciclo”: o calor rejeitado é perdido para o ambiente; (D) o atrito reduz o rendimento, mas não é o limite fundamental: mesmo sem atrito, a segunda lei valeria; o desgaste e a fadiga dizem respeito à durabilidade; (E) o motor já funciona com plasma na faísca, sem derreter.
⚠️ A armadilha: a alternativa D. O atrito é uma perda real, mas é uma imperfeição que a engenharia pode reduzir. O limite que nenhuma tecnologia supera é o da segunda lei.
A ideia em uma frase: nenhuma máquina térmica transforma todo o calor em trabalho — a segunda lei da termodinâmica limita o rendimento abaixo de 100%.
Resposta: alternativa B.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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