Questão 83 do ENEM 2012 — Ciências da Natureza

A questão aborda o funcionamento dos motores a combustão, que, do ponto de vista da Física, são classificados como máquinas térmicas. O objetivo de qualquer fabricante é aumentar a eficiência (ou rendimento) desses motores, ou seja, fazer com que a maior parte possível da energia térmica gerada na queima do combustível seja convertida em energia mecânica (trabalho) para movimentar o veículo.

No entanto, existe um limite físico intransponível para essa busca por eficiência, estabelecido pela Segunda Lei da Termodinâmica. Segundo o enunciado de Kelvin-Planck para essa lei, é impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclos, consiga transformar integralmente todo o calor recebido em trabalho. Em outras palavras, é fisicamente impossível que um motor tenha um rendimento de $100\%$.

Sempre haverá uma quantidade de calor que não pode ser convertida em trabalho e que precisa ser obrigatoriamente rejeitada para uma fonte fria (como o meio ambiente, através do escapamento e do sistema de arrefecimento). Mesmo que eliminássemos todo o atrito das peças (como sugere a alternativa D), o rendimento ainda seria limitado pelo Teorema de Carnot, que define o rendimento máximo teórico de uma máquina térmica operando entre duas temperaturas.

Portanto, o fator limitante fundamental para a eficiência de qualquer motor a combustão é um princípio da termodinâmica, que dita que o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal de conversão total ($100\%$).