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Questão do ENEM e o Ciclo de Carnot

Professor Lang, estive recentemente analisando algumas provas do Enem, e encontrei, creio eu, uma pérola.

A referida questão pergunta sobre a impossibilidade da máquina de Carnot ter rendimento de 100%. A resposta da questão é devido ao aumento da entropia.

Mas a máquina de Carnot, a variação de entropia não é zero? Por somente ter transformações reversíveis. O pior é que tem uma alternativa, que ao meu ver, está correta. Ela afirma que o o rendimento não pode ser 100%, porque ela realiza um trabalho. Não é essa exatamente a afirmação da 2ª lei da Termodinâmica, no enunciado de Kelvin-Planck? Se puder me ajudar, desde já lhe agradeço.

Aqui está o enunciado na íntegra:

Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento. Tal limitação ocorre porque essas máquinas

A) realizam trabalho mecânico.

B) produzem aumento da entropia.

C) utilizam transformações adiabáticas.

D) contrariam a lei da conservação de energia

E) funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

A máquina de Carnot seria a máquina ideal que opera o Ciclo de Carnot que é um ciclo termodinâmico reversível, ao longo do qual NÃO há variação de entropia. Entretanto para qualquer ciclo reversível – por exemplo  Ciclo de Otto, Ciclo de Diesel, Ciclo de Rankine, … – a variação da entropia é nula.

A 2ª Lei da Termodinâmica pode ser enunciada de diversas formas, todas implicando a impossibilidade de uma máquina térmica apresentar rendimento de 100%.

O Ciclo de Carnot  informa qual é o máximo rendimento possível para uma máquina térmica operando entre duas fontes térmicas com temperaturas constantes.

Então, mesmo que uma máquina térmica operasse o Ciclo de Carnot e, portanto, NÃO houvesse variação da entropia, não seria possível um rendimento de 100%.

As máquinas térmicas reais  apresentam rendimento inferior ao dado pelo Ciclo de Carnot e também determinam que a variação da entropia do sistema máquina e fontes térmicas seja positiva.

Como a questão se refere a máquinas térmicas reais (“as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão” no comando da questão), é verdade que elas produzem aumento da entropia e portanto a alternativa B é a melhor. Entretanto concordo contigo que a questão poderia ser melhor formulada.

Sobre as terríveis questões do ENEM em diversos anos vide: Questões do ENEM.

Vide também Manifesto sobre a qualidade das questões de Física na Prova de Ciências da Natureza no Exame Nacional de Ensino Médio.

Postagens sobre Termodinâmica em Termodinâmica.

“Docendo discimus.” (Sêneca)

 


Um comentário em “Questão do ENEM e o Ciclo de Carnot

  1. PROF. GUILHERME CANETE VEBBER -UERGS disse:

    Olá, professor Lang! Respeitosamente discordo da sua avaliação sobre a resposta correta à questão, pois a limitação de que trata o enunciado dela é sobre “uma máquina térmica apresentar rendimento de 100%”. E como bem explicado no seu texto, essa limitação independe da máquina ser reversível (variação nula de entropia) ou não (com aumento de entropia). Por isso, para mim a resposta mais correta seria mesmo a (A), pois conforme a 2ª Lei da Termodinâmica na formulação de Kelvin-Planck, “Nenhum processo termodinâmico é possível onde o único resultado seja a absorção de calor de um reservatório e sua conversão completa em trabalho”.

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