A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa
ENEM 2024 Questão 130
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.
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As etapas representadas no diagrama estão descritas no quadro.
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Disponível em: www.mspc.eng.br. Acesso em: 24 fev. 2013 (adaptado).
A transformação da energia térmica em energia útil ocorre na etapa
Resolução
A questão aborda o ciclo de Otto, que é o ciclo termodinâmico idealizado para motores de combustão interna, como os de automóveis. O ciclo é representado em um diagrama P-V (pressão vs. volume), onde cada etapa corresponde a um tipo de transformação termodinâmica (adiabática, isocórica, isobárica etc.). O comando pede para identificar em qual etapa ocorre a transformação da energia térmica (calor fornecido ao gás) em energia útil (trabalho realizado pelo gás). Para resolver, é necessário saber que, no ciclo de Otto, a energia útil é produzida na expansão adiabática (geralmente etapa III ou IV, dependendo da convenção), quando o gás expande empurrando o pistão, transformando a energia interna em trabalho mecânico. Assim, a alternativa correta é a etapa III (alternativa C), pois é nela que ocorre a expansão adiabática, convertendo energia interna em trabalho útil.
Flashcards
Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.
- 1. O que é o ciclo de Otto?
- É um ciclo termodinâmico idealizado que representa o funcionamento de motores de combustão interna, como os de automóveis a gasolina ou etanol.
- 2. Qual etapa do ciclo de Otto corresponde à expansão adiabática?
- A expansão adiabática ocorre após a ignição, quando o gás se expande e realiza trabalho sobre o pistão, normalmente identificada como etapa III.
- 3. O que caracteriza uma transformação adiabática?
- É uma transformação em que não há troca de calor com o meio externo; toda variação de energia interna se converte em trabalho.
- 4. Como a energia térmica é convertida em trabalho no ciclo de Otto?
- Durante a expansão adiabática, a energia interna do gás (aquecido pela combustão) é convertida em trabalho mecânico ao empurrar o pistão.
- 5. O que ocorre na etapa de compressão do ciclo de Otto?
- O gás é comprimido adiabaticamente, aumentando sua temperatura e pressão sem troca de calor com o ambiente.
- 6. Qual a diferença entre etapas isocóricas e adiabáticas no ciclo de Otto?
- Nas etapas isocóricas, o volume permanece constante e ocorre troca de calor; nas adiabáticas, não há troca de calor e o volume varia.
- 7. Por que a expansão adiabática é considerada a etapa útil do ciclo de Otto?
- Porque é nela que o gás realiza trabalho externo, transformando energia interna em energia mecânica aproveitável pelo motor.
Comentários por alternativa
A alternativa A está incorreta porque a etapa II geralmente corresponde à compressão adiabática, onde o trabalho é realizado sobre o gás, não sendo convertida energia térmica em energia útil.
A alternativa B está incorreta pois a etapa III é a correta, não a II. A etapa II não corresponde à expansão adiabática, mas sim à compressão.
A alternativa C está correta porque a etapa III representa a expansão adiabática do ciclo de Otto, quando o gás realiza trabalho sobre o pistão, convertendo energia interna (proveniente do calor absorvido) em energia útil.
A alternativa D está incorreta pois a etapa IV geralmente corresponde à liberação de calor em volume constante (resfriamento isocórico), não à conversão de energia térmica em trabalho.
A alternativa E está incorreta porque a etapa VI não faz parte do ciclo de Otto tradicional, ou pode ser uma etapa de fechamento do ciclo sem conversão significativa de energia térmica em trabalho útil.