Espaço da Física · Prof. Flávio

Questão 130 do Enem 2024: ciclo de Otto e a etapa de trabalho útil

Enem 2024 · 2º dia · caderno azul · Física · Termologia

Nos outros cadernos: amarelo 103 · verde 125 · cinza 101

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C IV.

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.

Diagrama pressão (P) por volume (V) do ciclo de Otto. Do ponto 0 ao 1, linha tracejada horizontal (admissão). De 1 a 2, curva subindo para a esquerda (compressão). De 2 a 3, linha vertical para cima (combustão). De 3 a 4, curva descendo para a direita (expansão). De 4 a 1, linha vertical para baixo. A área dentro do ciclo, marcada com W, é o trabalho

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.

Disponível em: www.mspc.eng.br. Acesso em: 24 fev. 2013 (adaptado).

A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa

Tente antes de ler a resolução: toque numa alternativa.

Resolução comentada

O que a questão pede

Em qual etapa a energia térmica do gás vira energia útil, isto é, trabalho que move o pistão e, no fim, o carro.

Trabalho num diagrama P-V

Um gás realiza trabalho quando se expande, empurrando o pistão. No diagrama P-V, isso aparece como movimento para a direita (volume aumentando):

W=P⋅ΔV(trabalho do gaˊs eˊ positivo quando ΔV>0)W = P \cdot \Delta V \quad \text{(trabalho do gás é positivo quando } \Delta V > 0\text{)}

Etapas com volume constante (linhas verticais) não têm trabalho.

Analisando as etapas

EtapaO que aconteceVolumeTrabalho do gás
II (1 → 2)compressãodiminuinegativo (gás recebe)
III (2 → 3)combustão, entra calorconstantezero
IV (3 → 4)expansãoaumentapositivo (gás realiza)
V (4 → 1)sai calorconstantezero

Na etapa IV, o gás quente e com pressão altíssima (depois da combustão) se expande e empurra o pistão para baixo. É o chamado tempo motor: a energia térmica vira energia mecânica. Como a expansão é adiabática, toda a energia vem da própria energia interna do gás, que esfria enquanto trabalha.

A combustão (etapa III) é quem “carrega” o gás de energia, mas quem transforma essa energia em movimento é a expansão (etapa IV). Muitos candidatos confundiram as duas.

Alternativa C.

C Gabarito: alternativa C

Por que as outras alternativas estão erradas

  • A

    Na compressão o gás recebe trabalho: o pistão sobe e gasta energia para comprimir a mistura. É o contrário de produzir energia útil. (6,9% marcaram)

  • B

    Foi uma das mais marcadas. Na etapa III a combustão fornece calor ao gás, mas o volume não muda (linha vertical no gráfico). Sem variação de volume não há trabalho: a energia só fica armazenada no gás, com pressão e temperatura altas. (28,8% marcaram)

  • D

    Foi a errada mais marcada. Na etapa V o gás libera calor para fora, com volume constante. É energia perdida, não aproveitada. (30,6% marcaram)

  • E

    A etapa VI é a exaustão: os gases queimados saem do cilindro. Não há conversão de energia térmica em trabalho. (9,7% marcaram)

Raio-X da questão

Dados oficiais dos microdados do Inep: respostas de 3.002.203 candidatos que fizeram a prova.

Dificuldade pela TRIMédiaParâmetro B: 629 pontosFácil abaixo de 600, média de 600 a 700, difícil a partir de 700. É a 22ª mais difícil de 44 questões válidas desta prova. O parâmetro B, na escala de notas do Enem (500 + 100 · b), é a nota em que o candidato passa a ter mais chance de acertar a questão do que de errar, sem contar o chute.
Acertaram23,7%dos candidatos marcaram a C
Habilidade 8 · Competência 3Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos.
Como os candidatos responderam
  • A6,9%
  • B28,8%
  • C23,7% ✓ gabarito
  • D30,6% mais marcada
  • E9,7%

Em branco: 0,2% · Mais de uma marcada: 0,1%

Quanto acertaram, por nota em Ciências da Natureza
  • abaixo de 50015%
  • 500 a 60027,7%
  • 600 a 70054,9%
  • 700 ou mais82,9%

Quando o acerto sobe muito de uma faixa para a outra, a questão separa bem quem domina o conteúdo de quem não domina. Na TRI, isso é o parâmetro de discriminação.

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Ciclos Termodinâmicos

Otto, Diesel e refrigerador: o diagrama P × V andando junto com o motor e a geladeira.

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