Questão 121 do ENEM 2017 — Ciências da Natureza

O ciclo Diesel é um ciclo termodinâmico com quatro etapas, e o enunciado adianta que duas delas são adiabáticas (sem troca de calor, $Q = 0$). Para descobrir onde o calor é absorvido, precisamos classificar cada trecho do ciclo e aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica.

No diagrama pressão × volume, o ciclo Diesel percorre os pontos na ordem $A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow D \rightarrow A$. Vamos caracterizar cada etapa segundo o modelo canônico do ciclo:

• Trecho $A \rightarrow B$ (compressão adiabática): o ar é comprimido rapidamente, sem tempo para trocar calor com o meio. Como é adiabática, $Q = 0$. O trabalho é realizado sobre o gás, o que eleva sua temperatura.
• Trecho $B \rightarrow C$ (expansão isobárica): a pressão permanece constante enquanto o volume aumenta. É aqui que o combustível queima e fornece energia ao gás.
• Trecho $C \rightarrow D$ (expansão adiabática): o gás continua se expandindo, agora sem troca de calor. Sendo adiabática, $Q = 0$.
• Trecho $D \rightarrow A$ (transformação isocórica): o volume permanece constante enquanto a pressão cai, etapa em que o gás rejeita (perde) calor.

O comando pede a etapa em que o calor é absorvido pelo sistema.

Como os trechos $A \rightarrow B$ e $C \rightarrow D$ são adiabáticos ($Q = 0$), neles não há absorção nem liberação de calor. Isso elimina de imediato as alternativas A, B, C e D. Sobram como candidatas apenas as etapas $B \rightarrow C$ (isobárica) e $D \rightarrow A$ (isocórica).

Vamos confirmar a alternativa E analisando o trecho $B \rightarrow C$. Por ser uma expansão, o volume aumenta e o sistema realiza trabalho ($W > 0$). Além disso, pela equação de estado dos gases ideais ($P \cdot V = n \cdot R \cdot T$), com a pressão $P$ constante e o volume $V$ aumentando, a temperatura $T$ necessariamente aumenta. Um aumento de temperatura significa aumento da energia interna ($\Delta U > 0$).

Pela Primeira Lei da Termodinâmica:

$Q = W + \Delta U$

Como tanto o trabalho ($W > 0$) quanto a variação de energia interna ($\Delta U > 0$) são positivos, o calor também é positivo ($Q > 0$). Calor positivo indica que o sistema absorveu calor.

Portanto, a absorção de calor ocorre na etapa $B \rightarrow C$, uma expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva. A resposta correta é a alternativa E.