Questão 104 do ENEM 2023 — Ciências da Natureza

Para entendermos por que o ar sai do turbocompressor em alta temperatura, precisamos analisar o processo termodinâmico que ocorre no interior da "caixa fria". O texto nos explica que o rotor da caixa fria é responsável por produzir a compressão do ar que será admitido no motor.

Quando um gás é comprimido de forma muito rápida, como ocorre no interior de um turbocompressor operando em altas rotações, não há tempo suficiente para que ocorra troca de calor significativa entre o gás e o meio externo. Na termodinâmica, um processo em que não há troca de calor ($Q = 0$) é chamado de transformação adiabática.

Podemos entender o aumento de temperatura aplicando a Primeira Lei da Termodinâmica, que relaciona a variação da energia interna ($\Delta U$), o calor trocado ($Q$) e o trabalho realizado ($W$):

$\Delta U = Q - W$

Como o processo é adiabático, temos $Q = 0$. Além disso, como o ar está sofrendo uma compressão (seu volume está diminuindo), o trabalho é realizado sobre o gás, o que significa que o trabalho realizado pelo gás é negativo ($W < 0$). Substituindo na equação, temos:

$\Delta U = 0 - (-W) \implies \Delta U > 0$

Uma variação positiva da energia interna ($\Delta U > 0$) indica que a energia térmica das moléculas do gás aumentou, o que se manifesta macroscopicamente como um aumento de temperatura. Portanto, o ar se aquece porque sofreu uma compressão adiabática.

Vamos analisar rapidamente por que as outras alternativas estão incorretas:

• A) compressão isocórica: É uma contradição de termos. "Isocórica" significa volume constante, enquanto "compressão" exige diminuição de volume.
• C) transformação isotérmica: "Isotérmica" significa temperatura constante. Se a temperatura do ar aumentou, o processo não pode ser isotérmico.
• D e E) recebeu calor diretamente: O próprio enunciado afirma que o turbocompressor é formado por duas câmaras distintas (caixa fria e caixa quente). O ar que entra no motor passa apenas pela caixa fria, não entrando em contato direto com os gases de escape ou com o calor do motor a combustão nesse estágio. O aquecimento se deve puramente ao trabalho mecânico de compressão.

Assim, a alternativa correta é a que identifica o processo como uma compressão adiabática.