Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a
A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Termodinâmica (1ª e 2ª Leis da Termodinâmica)
- Máquinas Térmicas
- Conservação de Energia
Tema/Objetivo Geral: Interpretação da Segunda Lei da Termodinâmica aplicada ao funcionamento de um motor.
Nível da Questão: Fácil – A questão é considerada fácil porque o próprio texto de apoio praticamente entrega a resposta. A frase “parte da energia convertida […] não pode ser utilizada para a realização de trabalho” é uma descrição em linguagem coloquial da essência da Segunda Lei da Termodinâmica. O aluno precisa apenas identificar a alternativa que reformula essa mesma ideia em termos mais técnicos.
Gabarito: C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. A alternativa está correta pois ela é a afirmação do princípio fundamental (2ª Lei da Termodinâmica) que explica o fenômeno descrito no texto: a inevitável perda de parte da energia na forma de calor não utilizável.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial
“De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a”
O que está sendo pedido?
A questão nos pede para identificar o princípio físico fundamental que explica por que um motor a combustão não é 100% eficiente, ou seja, por que parte da energia do combustível é “vazada” ou “perdida” em vez de se transformar em movimento.
Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é encontrar, entre as alternativas, a frase que melhor resume a lei da física descrita no texto de apoio.
Pergunta de Atenção ✔
O texto diz que parte da energia “vaza”. Você já colocou a mão perto de um motor de carro em funcionamento? Ele está quente. Esse calor é a energia que “vazou” e não virou trabalho. Qual lei da física diz que esse vazamento é obrigatório?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Explicação de termos
Para entender este problema, precisamos revisitar as duas leis mais importantes da Termodinâmica:
- Primeira Lei da Termodinâmica (Lei da Conservação de Energia):
- Explicação: Diz que a energia total de um sistema isolado é constante. Ela não pode ser criada nem destruída, apenas transformada. No motor, a energia química do combustível se transforma em calor (energia térmica). Essa energia térmica, por sua vez, se divide em duas partes: uma que realiza trabalho (energia mecânica/cinética) e outra que é dissipada para o ambiente (calor).
- Equação Simplificada: Energia do Combustível = Trabalho Realizado + Calor Perdido
- Segunda Lei da Termodinâmica (A Lei da Ineficiência Obrigatória):
- Explicação: Esta lei impõe um limite à eficiência de qualquer processo. Enquanto a Primeira Lei diz que você não pode ganhar (criar energia), a Segunda Lei diz que você “não pode nem empatar” (não pode converter 100% de calor em trabalho). Ela estabelece que é impossível construir uma máquina que converta todo o calor recebido em trabalho. Uma parte do calor sempre será perdida para uma fonte mais fria (o ambiente).
- Essência: A conversão integral (100%) de calor em trabalho é impossível. É exatamente isso que o texto descreve quando diz que “parte da energia […] não pode ser utilizada para a realização de trabalho”.
- Máquina Térmica:
- Explicação: É o modelo físico de um motor. Ela retira calor de uma fonte quente (combustão), realiza trabalho e joga fora o “lixo” térmico para uma fonte fria. Essa “jogada de lixo” é uma exigência da Segunda Lei.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada
O texto nos conta a história de como um motor funciona e qual é o seu grande “problema”: ele é ineficiente por natureza. Ele pega a energia do combustível, mas só consegue usar uma parte dela para mover o carro. O resto ele joga fora na forma de calor, aquecendo tudo ao redor. A pergunta é: qual é o nome dessa “regra da natureza” que obriga o motor a ser desperdiçador?
Estratégia Geral
A estratégia é simples:
- Identificar a frase-chave no texto de apoio: “parte da energia […] não pode ser utilizada para a realização de trabalho”.
- “Traduzir” essa frase para um conceito mais formal da física.
- Procurar a alternativa que corresponda a essa tradução.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
Passo a Passo Detalhado
Vamos analisar a frase central do texto e compará-la com os princípios da termodinâmica:
- Frase do Texto: “Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho.”
- Análise da Frase:
- “energia convertida na combustão” → Calor (Q) fornecido pela fonte quente.
- “ser utilizada para a realização de trabalho” → Trabalho (W).
- “parte da energia […] não pode ser utilizada” → Significa que nem todo o Calor (Q) vira Trabalho (W).
- “não pode ser utilizada” → Implica que essa limitação é uma impossibilidade, uma regra fundamental, e não apenas uma falha de engenharia.
- Tradução para a Linguagem da Física: A frase está dizendo que a conversão de Calor em Trabalho não é total (não é integral). Ou seja, a conversão integral de calor em trabalho é impossível.
- Identificação do Princípio: Esta é exatamente uma das formulações da Segunda Lei da Termodinâmica.
Verificação Intermediária
O raciocínio conecta diretamente a descrição do problema com a lei física que o governa. A ineficiência descrita não é acidental; é uma consequência direta de uma lei fundamental da natureza.
Possível armadilha ❓/ ✔
As outras alternativas apresentam afirmações que são ou falsas ou irrelevantes. A armadilha seria não reconhecer a frase-chave do texto como uma manifestação da 2ª Lei. Por exemplo, a alternativa D (“transformação de energia térmica em cinética ser impossível”) é uma armadilha. A transformação é possível (é assim que o motor funciona!), o que é impossível é que ela seja integral (100%). A sutileza está na palavra “integral”.
Fechamento e expectativa
Concluímos que o texto descreve a impossibilidade da conversão total de calor em trabalho. Esperamos encontrar uma alternativa que afirme exatamente isso.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
Listagem das Alternativas
A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.
Justificativa Individual
- 🔴 A) liberação de calor dentro do motor ser impossível: Incorreta. É o contrário. A liberação de calor pela combustão é o que inicia o processo.
- 🔴 B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável: Incorreta. O trabalho do motor é perfeitamente controlável (pelo acelerador, por exemplo). O problema é a eficiência, não o controle.
- 🟢 C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível: Correta. Esta é a formulação precisa da Segunda Lei da Termodinâmica e a explicação exata para o fato de que “parte da energia […] não pode ser utilizada para a realização de trabalho”.
- 🔴 D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível: Incorreta. Essa transformação não só é possível como é a própria função do motor. O que é impossível é a conversão integral.
- 🔴 E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável: Incorreta. A liberação de energia do combustível é controlada pelo sistema de injeção e ignição do motor.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio
O texto descreve que, em um motor, parte da energia térmica gerada pela combustão é inevitavelmente perdida e não se transforma em trabalho. Esse fenômeno é uma consequência direta da Segunda Lei da Termodinâmica, que postula a impossibilidade de se converter integralmente calor em trabalho em uma máquina cíclica.
Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
Resumo Final para Revisão 🔍
Para fixar: 1ª Lei da Termodinâmica: Energia se conserva. 2ª Lei da Termodinâmica: A qualidade da energia se degrada. O calor é uma forma “desorganizada” de energia, e é impossível transformá-lo de volta em trabalho (“energia organizada”) com 100% de eficiência.
