Questão 125 do ENEM 2024 — Física
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
A questão pede a etapa do ciclo de Otto em que a energia térmica é convertida em trabalho útil. O diagrama P-V mostra a área colorida W, limitada pelas curvas, que representa o trabalho líquido realizado pelo gás em cada ciclo. O quadro descreve cada etapa do motor.
Trabalho útil é aquele em que o gás empurra o pistão e o volume aumenta (W = ∫P dV, positivo quando V cresce). Na combustão, a energia é introduzida na forma de calor, mas o volume é praticamente constante (linha vertical): há aumento de pressão e temperatura, e não trabalho. É na expansão adiabática (etapa IV, processo de 3 a 4) que os gases quentes, a alta pressão, empurram o pistão, convertendo a energia térmica armazenada em energia mecânica que move o carro. A opção correta é, portanto, a que indica o número 4, correspondente à expansão (trecho do diagrama que termina no ponto 4).
Os distratores mais tentadores: a etapa da combustão, porque é onde "aparece" o calor, mas ela só fornece energia ao gás, sem deslocar o pistão; a etapa de liberação de calor (4 a 1), que é a energia rejeitada para o ambiente; a compressão adiabática, em que o pistão realiza trabalho sobre o gás (consome energia do motor, não a entrega); e a exaustão dos gases, que é apenas a expulsão da mistura queimada.