ENEM 2017 (2ª aplicação) — questão 124 de Física
Enunciado em texto
Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo está esquematizado no diagrama pressão × volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, duas das quais são transformações adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, com a injeção do combustível no final.
(No diagrama pressão × volume, com os volumes marcados no eixo horizontal: o ponto A fica em com pressão baixa; de A o ciclo sobe até B, em com pressão alta; de B a C o gás se expande de a mantendo a pressão constante; de C a D expande-se até com a pressão caindo; e de D volta-se a A com queda de pressão a volume constante.)
No ciclo Diesel, o calor é absorvido em:
a) A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
b) A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
c) C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
d) A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
e) B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
A chave está numa palavra do enunciado: "duas das quais são transformações ADIABÁTICAS". Adiabática significa sem troca de calor. Ou seja, o enunciado já elimina metade do ciclo antes de qualquer conta.
Identificando as quatro etapas no diagrama:
| Etapa | O que é | Troca calor? |
|---|---|---|
| A → B | compressão adiabática (volume cai de a , pressão sobe) | não — |
| B → C | expansão isobárica (, pressão constante) | sim, absorve |
| C → D | expansão adiabática () | não — |
| D → A | queda de pressão a volume constante () | sim, libera |
Por que B → C absorve. É a etapa da queima do combustível. A pressão fica constante e o volume aumenta, então pela lei geral dos gases a temperatura sobe:
Pela 1ª Lei, com o sistema realizando trabalho ( aumenta, ) e aumentando a energia interna ( sobe, ):
Os dois termos são positivos, então não há como ser negativo ou nulo. É a única etapa do ciclo em que isso acontece.
Por que as outras caem — e a D é a mais instrutiva:
• D (A → B): a alternativa está certa nos fatos e errada na conclusão. A compressão A → B é mesmo adiabática e a temperatura sobe mesmo. Mas ela sobe porque recebe trabalho, não calor — em adiabática por definição. É o erro clássico de confundir aquecer com receber calor. Um gás pode esquentar sem que uma única caloria entre nele: basta comprimi-lo. (É por isso que a bomba de encher pneu esquenta.)
• B (A → B e B → C): acerta a segunda e erra a primeira, pelo mesmo motivo acima.
• C (C → D): também é adiabática — o sistema realiza trabalho, mas às custas da própria energia interna, esfriando. .
• A (A → B e C → D): aponta justamente as duas adiabáticas, ou seja, exatamente as duas etapas em que . É a resposta invertida.
O que caracteriza o Diesel e aparece no enunciado: comprime-se ar puro, e só no fim se injeta o combustível — que entra em ignição pela própria temperatura do ar comprimido, sem vela. Essa é a razão física do B → C isobárico: a queima acontece enquanto o pistão já está descendo, mantendo a pressão praticamente constante. No ciclo Otto (motor a gasolina), a queima é rápida a volume constante.
A ideia em uma frase: adiabática não troca calor — sobram duas etapas, e a que absorve é a que expande esquentando.
Resposta: alternativa E.
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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