Questão 130 do ENEM 2024 comentada
Entenda em qual etapa do ciclo de Otto a energia térmica se transforma em trabalho útil.
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.
Disponível em: www.mspc.eng.br. Acesso em: 24 fev. 2013 (adaptado).
A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa
- AII.
- BIII.
- CIV.
- DV.
- EVI.
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O que a questão cobra
A questão exige reconhecer como a expansão dos gases no ciclo de Otto produz trabalho mecânico. Para isso, você deve relacionar a descrição das etapas ao diagrama pressão-volume.
Resolução
A energia útil do motor é o trabalho mecânico realizado pelos gases sobre o pistão. No ciclo de Otto, a combustão aquece a mistura, e os gases quentes se expandem, empurrando o pistão. É nessa expansão que a energia térmica se converte em trabalho útil.
Expansão adiabática.
A tabela identifica essa transformação na etapa IV, do estado 3 ao estado 4. No diagrama P-V, esse trecho corresponde ao aumento do volume enquanto o gás exerce pressão. A área indicada por W representa o trabalho associado ao ciclo.
A expansão é adiabática, ou seja, não há troca de calor com o ambiente nessa etapa. Isso não impede a realização de trabalho: o gás usa sua energia interna para se expandir. O calor foi fornecido antes, durante a combustão. Portanto, a conversão em energia mecânica útil ocorre quando os gases se expandem e movem o pistão.
Alternativa por alternativa
- A
A etapa II é uma compressão adiabática: o volume diminui, e é preciso realizar trabalho sobre a mistura. Não é a etapa em que os gases produzem o trabalho útil do motor.
- B
Na etapa III, há introdução de energia na forma de calor pela combustão. Essa etapa fornece energia à mistura, mas a conversão em trabalho útil ocorre na expansão seguinte.
- C
Correta. Na etapa IV, os gases se expandem e realizam trabalho sobre o pistão, convertendo energia interna em energia mecânica útil.
- D
Na etapa V, ocorre liberação de energia na forma de calor. Essa etapa rejeita energia, em vez de produzir o trabalho útil associado à expansão.
- E
Na etapa VI, os gases resultantes da combustão são liberados do cilindro. A descrição não corresponde à expansão que realiza trabalho sobre o pistão.
Para lembrarNa expansão de um gás, o aumento de volume sob pressão permite que ele realize trabalho sobre o ambiente.
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