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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)

 


2 comentários 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”.

  2. JOSÉ HENRIQUE FERNANDEZ disse:

    Na verdade a resposta correta deveria ser: F) Por que nessas máquinas é impossível se ter um reservatório térmico frio (despejo) operando a zero Kelvin, ou um reservatório térmico quente (fonte) operando a temperatura infinita. É daí que vem a impossibilidade do rendimento 100%. E o enunciado, apesar de citar máquina reais, fala sobre máquinas ideais (máquina de Carnot), que foi o que Carnot demonstrou em seu trabalho: que o rendimento de tal máquina reversível ideal seria função apenas das temperaturas das fontes quente e fria. Nenhuma das respostas oferecidas está correta e a questão deveria ser anulada.

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