ENEM 2014 (3ª aplicação) — questão 61 de Física
Enunciado em texto
As máquinas térmicas foram aprimoradas durante a primeira Revolução Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII. O trabalho do engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, que notou a relação entre a eficiência da máquina a vapor e a diferença de temperatura entre o vapor e o ambiente externo, foi fundamental para esse aprimoramento.
A solução desenvolvida por Carnot para aumentar a eficiência da máquina a vapor foi
a) reduzir o volume do recipiente sob pressão constante.
b) aumentar o volume do recipiente e reduzir a pressão proporcionalmente.
c) reduzir o volume do recipiente e a pressão proporcionalmente.
d) reduzir a pressão dentro do recipiente e manter seu volume.
e) aumentar a pressão dentro do recipiente e manter seu volume.
(Enunciado: ENEM 2014, 3ª aplicação, 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: que mudança no vapor aumenta a eficiência da máquina.
Passo 1 — o que Carnot descobriu. O rendimento máximo de uma máquina térmica depende só das temperaturas (em kelvin) da fonte quente e da fonte fria:
A fonte fria é o ambiente, que não dá para mudar. Então o caminho é aumentar a temperatura do vapor.
Passo 2 — como cada alternativa mexe na temperatura. Tratando o vapor como gás ideal, , ou seja, a temperatura é proporcional ao produto :
• (A) V diminui com p constante: pV cai, T cai;
• (B) V aumenta e p diminui na mesma proporção: pV fica igual, T não muda;
• (C) V e p diminuem: pV cai, T cai;
• (D) p diminui com V constante: T cai;
• (E) p aumenta com V constante: T sobe (lei de Gay-Lussac, p/T constante).
Passo 3 — conclusão. Só a (E) eleva a temperatura do vapor, aumenta a diferença em relação ao ambiente e, com ela, a eficiência. Na prática, foi isso que se fez: caldeiras de vapor sob pressão cada vez mais alta.
⚠️ A armadilha: a (B), que “parece” um ajuste esperto. Mas variar p e V em proporções inversas é uma transformação isotérmica: a temperatura não muda, e a eficiência também não.
A ideia em uma frase: o rendimento de Carnot cresce com a temperatura da fonte quente — e, a volume constante, mais pressão no vapor é mais temperatura.
Resposta: alternativa E (aumentar a pressão e manter o volume).
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.