Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo está esquematizado no diagrama pressão × volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, duas das quais são transformações adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, com a injeção do combustível no final.
No ciclo Diesel, o calor é absorvido em:
A) A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
B) A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
C) C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
D) A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
E) B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Física — Termodinâmica.
📝 Tema/Objetivo Geral: Analisar o ciclo Diesel, focando nas etapas de transformação termodinâmica e na absorção de calor.
📊 Nível da Questão: Médio.
🎯 Gabarito: Alternativa E.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📄 O enunciado apresenta o ciclo Diesel no diagrama de pressão × volume e pergunta em qual trecho ocorre a absorção de calor. O ciclo é composto por quatro etapas, incluindo duas transformações adiabáticas (sem troca de calor).
📌 As palavras-chave são: ciclo Diesel, absorção de calor, adiabática, expansão isobárica.
⚠️ Objetivo: identificar a etapa em que o sistema recebe calor, utilizando as propriedades das transformações termodinâmicas representadas no gráfico.
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
⛽ No ciclo Diesel:
- Transformação adiabática: ocorre sem troca de calor com o ambiente (Q = 0). A relação matemática é P × V elevado a γ = constante, ou seja, a pressão e o volume variam de forma inversa, mas sem transferência de calor.
- Transformação isobárica: ocorre com pressão constante, permitindo que o volume varie enquanto o sistema realiza trabalho e pode absorver calor.
- Trabalho (W): no gráfico pressão × volume (P × V), o trabalho é representado pela área sob a curva.
✔ A absorção de calor ocorre apenas em processos que não sejam adiabáticos. Portanto, precisamos procurar etapas onde haja troca de calor, como a expansão isobárica.
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 O diagrama pressão × volume do ciclo Diesel, representado na imagem a seguir, descreve quatro transformações principais: A → B, B → C, C → D e D → A.
🧐 Neste esquema:
1️⃣ A etapa A → B é uma compressão adiabática: o volume diminui, a pressão aumenta, mas não há troca de calor.
2️⃣ A etapa B → C é uma expansão isobárica: a pressão permanece constante enquanto o volume aumenta, caracterizando a absorção de calor pelo sistema.
3️⃣ A etapa C → D é uma expansão adiabática: o volume continua aumentando e a pressão diminuindo, sem troca de calor.
4️⃣ A etapa D → A é o retorno, onde há diminuição de volume e pressão com liberação de calor, mas não é o foco para a absorção pedida pela questão.
✔ Assim, analisando o gráfico e as transformações, fica claro que o calor é absorvido na etapa B → C, durante a expansão isobárica.
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
🎯 Sabendo que nas transformações adiabáticas não há troca de calor (Q = 0), eliminamos imediatamente as etapas A → B e C → D como possíveis momentos de absorção de calor.
📌 O enunciado pede especificamente onde ocorre absorção de calor, ou seja, onde o sistema recebe energia térmica do meio externo.
💡 Na etapa B → C, temos uma expansão isobárica:
. A pressão se mantém constante.
. O volume aumenta.
. Para que o gás possa expandir mantendo a pressão constante, é necessário absorver calor.
. Esse calor é utilizado tanto para realizar trabalho quanto para aumentar a energia interna (e, consequentemente, a temperatura).
✔ Portanto, é na transformação B → C que o sistema absorve calor para realizar trabalho e se expandir.
Passo 5: Análise das Alternativas
A) A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
❌ Errado. Essas etapas são adiabáticas (não há troca de calor).
B) A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
❌ Errado. A → B é adiabática, e absorção de calor só ocorre em B → C.
C) C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
❌ Errado. Em adiabáticas, o sistema não absorve calor.
D) A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
❌ Errado. Compressão adiabática eleva a temperatura, mas sem troca de calor.
E) B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.
✅ Correto! O sistema recebe calor, realiza trabalho e a temperatura aumenta.
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumindo, no ciclo Diesel, a absorção de calor ocorre na transformação B → C, que é uma expansão isobárica. Nas etapas adiabáticas, como A → B e C → D, não há troca de calor. Assim, o único trecho onde o sistema efetivamente absorve calor é durante a expansão isobárica B → C.
🔍 Resumo Final: A análise do ciclo mostra que o calor é absorvido na etapa B → C, pois nela ocorre expansão com pressão constante, caracterizando a entrada de energia térmica no sistema. Portanto, a resposta correta é a alternativa E.
