PUC-RS 2013 (inverno) — questão 7 de Física
Enunciado em texto
Um motor opera com um gás que se comporta conforme a equação geral e de acordo com o ciclo termodinâmico descrito a seguir:
Processo 1-2. O gás, em alta pressão e temperatura, absorve calor de uma fonte quente e se expande em temperatura constante. Nesta etapa, o motor realiza trabalho.
Processo 2-3. O gás libera calor para uma fonte fria, o que reduz a sua pressão. Não há realização de trabalho nesta etapa.
Processo 3-4. O gás é comprimido em temperatura constante, liberando calor para uma fonte fria. Nesta etapa, parte do trabalho realizado no processo 1-2 é utilizado para comprimir o gás.
Processo 4-1. O gás absorve calor de uma fonte quente, o que aumenta a sua pressão. Não há realização de trabalho nesta etapa.
O gráfico que representa corretamente o ciclo descrito é
(A) [Gráfico pressão × volume, com duas isotermas e duas adiabáticas tracejadas (indicadas). Os pontos formam um quadrilátero curvo: 1 (no alto, à esquerda) e 2 ligados pela isoterma de cima; 2 e 3 (embaixo, à direita) por uma curva íngreme, sobre a adiabática; 3 e 4 pela isoterma de baixo; 4 e 1 por outra curva íngreme, sobre a adiabática. Não há trechos retos.]
(B) [Gráfico pressão × volume, com duas adiabáticas tracejadas (indicadas). Os pontos 2 e 3 estão ligados por um segmento horizontal no alto; 1 e 4, por um segmento horizontal embaixo; 2 e 1 por uma curva sobre a adiabática da esquerda; 3 e 4 por uma curva sobre a adiabática da direita.]
(C) [Gráfico pressão × volume, com duas adiabáticas tracejadas (indicadas). Os pontos 3 (no alto) e 2 estão ligados por um segmento vertical à esquerda; 4 e 1 (embaixo), por um segmento vertical à direita; 3 e 4 por uma curva sobre uma adiabática; 2 e 1 por uma curva sobre a outra.]
(D) [Gráfico pressão × volume, com duas isotermas tracejadas (indicadas). Os pontos 3 e 4 estão ligados por um segmento horizontal no alto; 2 e 1, por um segmento horizontal mais embaixo; 3 e 2 por uma curva sobre a isoterma de baixo; 4 e 1 por uma curva sobre a isoterma de cima.]
(E) [Gráfico pressão × volume, com duas isotermas tracejadas (indicadas). O ponto 1 está no alto, à esquerda, e se liga ao 2 pela isoterma de cima; 2 e 3 estão ligados por um segmento vertical (3 embaixo); 3 se liga ao 4 pela isoterma de baixo; 4 e 1 estão ligados por um segmento vertical à esquerda.]
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular PUC-RS 2013 (Inverno) — PUCRS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).
Resolução comentada
O que a questão pede: o diagrama p × V que corresponde às quatro etapas descritas.
Passo 1 — traduzir cada etapa:
• 1-2: expansão a temperatura constante → trecho de isoterma (hipérbole), descendo para a direita, na isoterma quente.
• 2-3: “não há realização de trabalho” → volume constante → reta vertical, descendo (a pressão cai porque o gás esfria).
• 3-4: compressão a temperatura constante → trecho de isoterma, subindo para a esquerda, na isoterma fria (mais baixa).
• 4-1: sem trabalho → reta vertical, subindo (a pressão aumenta porque o gás esquenta).
Passo 2 — procurar o desenho. Duas isotermas ligadas por duas verticais: só o gráfico E. (É o ciclo de Stirling.)
Por que não as outras: A e C usam adiabáticas, que exigem Q = 0, mas em todas as etapas há troca de calor; B e D têm trechos horizontais, que são isobáricos e envolvem trabalho, mas as etapas 2-3 e 4-1 não têm trabalho.
⚠️ A armadilha: associar “motor” ao ciclo de Carnot (isotermas e adiabáticas, alternativa A). A pista decisiva é “não há realização de trabalho”: isso só acontece com volume constante.
A ideia em uma frase: no diagrama p × V, temperatura constante é hipérbole e trabalho nulo é reta vertical.
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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