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Em 20/06/2014 15h23, atualizado em 21/08/2015 17h51

Dicas de Termodinâmica para o Enem

Enem

Entre as dicas de termodinâmica para o Enem, destaca-se a compreensão do funcionamento das máquinas térmicas e seu rendimento, que tem sido tema constante nas questões de Física. Por Mariane Mendes Teixeira
O motor de combustão interna é um tipo de máquina térmica que funciona a partir das Leis da termodinâmica e tem sido tema constante no Enem.
O motor de combustão interna é um tipo de máquina térmica que funciona a partir das Leis da termodinâmica e tem sido tema constante no Enem.
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Neste artigo você irá conferir algumas dicas de termodinâmica para o Enem, que é um dos conteúdos que constam no edital deste ano.

Por que estudar Termodinâmica?

A Termodinâmica é a parte da Física que estuda a relação entre o trabalho mecânico e a energia térmica (calor), sendo a área responsável pelo estudo do funcionamento de diversos instrumentos amplamente utilizados no nosso cotidiano, como os carros, refrigeradores, panela de pressão etc.

As questões de Termodinâmica no Enem podem envolver os seguintes temas: máquinas térmicas - princípio de funcionamento e eficiência, Leis da Termodinâmica, as transformações gasosas e a entropia. Normalmente, o enfoque são as suas relações com o cotidiano, as inovações tecnológicas e seus impactos sociais e ambientais.

Nos últimos anos, as questões de Física no Enem têm apresentado caráter multidisciplinar, abordando questões atualizadas e sob as perspectivas socioambientais. Veja a questão a seguir retirada do Enem de 2012 da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias (Questão 79 – Caderno 2 – amarelo):

Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores a combustão e reduzir suas emissões de poluentes é a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar.
Disponível em: www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado). 
No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante: 

a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.
b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal. 
c) o funcionamento cíclico de todos os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo. 
d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.
e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores

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Resolução  

Desde que as máquinas térmicas, que funcionam com a queima de combustível, foram criadas, existe uma busca pelo melhor aproveitamento da energia fornecida, ou seja, aumento da sua eficiência energética. 

A eficiência energética, ou rendimento, ideal ocorre quando toda a energia térmica fornecida pela queima de combustíveis é convertida em trabalho mecânico, porém, isso não é possível! Essa conclusão pode ser tirada da equação:

η = 1 - T2
            T1

Sendo:
η – rendimento;
T1 – Temperatura da fonte de energia;
T2 – Temperatura da fonte consumidora de energia.

Para que o rendimento chegasse a 100%, a temperatura T2 teria que ser igual ao zero absoluto, o que é impossível de ser atingido. Sendo assim, podemos concluir que o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal (100%).

Resposta:  Alternativa B

Confira também outra questão que foi retirada da prova do Enem de 2011 (caderno amarelo – questão 64 da prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias)

Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser uitilizada para a realização de trabalho. Isso quer dizer que há vazamento da energia em outra forma. 
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). 
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de

a) liberação de calor dentro do motor ser impossível. 
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. 
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. 
e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

Resolução

Você pode observar aqui a semelhança entre as duas questões que apareceram em provas do Enem por dois anos consecutivos. As duas tratam do mesmo tema, motores de combustão interna e a transformação de energia em trabalho.

A resposta correta é a Alternativa C. Conforme discutido na questão anterior, é impossível a conversão integral do calor em trabalho. 

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