ENEM 2024 — Questão 125: Ciências da Natureza
Resposta: alternativa C
4
O ciclo de Otto é um processo termodinâmico que descreve o funcionamento de motores de combustão interna, como os utilizados em automóveis.
O diagrama P-V a seguir representa o ciclo de Otto para um motor de combustão interna, como os motores a gasolina ou a etanol, utilizados nos automóveis.
As etapas representadas no diagrama estão descritas no quadro.
| Etapa | Processo | Descrição |
|---|---|---|
| I | 0 a 1 | Admissão isobárica da mistura ar-combustível no cilindro do motor. |
| II | 1 a 2 | Compressão adiabática da mistura. |
| III | 2 a 3 | Introdução de energia na forma de calor da combustão. |
| IV | 3 a 4 | Expansão adiabática. |
| V | 4 a 1 | Liberação de energia na forma de calor. |
| VI | 1 a 0 | Liberação dos gases resultantes da combustão. |
A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa
Resolução comentada da questão 125 do ENEM 2024
Resolução
O ciclo de Otto é um processo termodinâmico que descreve o funcionamento de motores de combustão interna, como os utilizados em automóveis. Neste ciclo, a transformação da energia térmica em energia útil ocorre durante a etapa de expansão adiabática, que corresponde à transição de 3 a 4 no diagrama P-V. Durante essa fase, os gases resultantes da combustão se expandem, realizando trabalho sobre o pistão do motor. Essa expansão é crucial, pois é o momento em que a energia gerada pela queima do combustível é convertida em movimento, ou seja, em energia útil que impulsiona o veículo.
Para entender melhor, é importante lembrar que a etapa de expansão adiabática (IV) ocorre após a introdução de calor (III), onde a mistura ar-combustível é incendiada. A energia térmica liberada pela combustão aumenta a pressão e a temperatura dos gases, fazendo com que eles se expandam rapidamente. Essa expansão empurra o pistão, gerando o trabalho mecânico que é transformado em movimento.
Por que as outras alternativas estão erradas
(A) A etapa 2 refere-se à compressão adiabática da mistura, onde a temperatura e a pressão aumentam, mas ainda não ocorre a transformação da energia térmica em trabalho útil. Portanto, essa alternativa está errada.
(B) A etapa 3 é onde ocorre a introdução de energia na forma de calor da combustão. Embora essa etapa seja fundamental para gerar a energia térmica, não é o momento em que essa energia é convertida em trabalho útil. Assim, essa alternativa também está errada.
(C) Esta é a alternativa correta — ver acima.
(D) A etapa 5 diz respeito à liberação de energia na forma de calor, que ocorre após a expansão. Nessa fase, os gases ainda não estão realizando trabalho útil, mas sim dissipando calor. Portanto, essa alternativa está errada.
(E) A etapa 6 refere-se à liberação dos gases resultantes da combustão, que é um processo de exaustão. Nessa fase, não há transformação de energia térmica em trabalho útil, tornando essa alternativa incorreta.
Conceito-chave para revisar
O conceito central abordado nesta questão é a transformação de energia térmica em energia útil no ciclo de Otto, especialmente durante a fase de expansão adiabática. Para aprofundar-se nesse tema, é recomendável estudar os princípios da termodinâmica e o funcionamento dos motores de combustão interna, que podem ser encontrados em livros de Física e em materiais didáticos sobre mecânica.
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