504 Chapitre 19
Machines thermiques
(a) Détente. Le piston de refoulement est en position basse et presque tout l’air se trouve
dans la zone chaude haute. Cet air se détend en transférant du travail au piston moteur, en
mouvement vers le bas.
(b) Refroidissement. Le piston moteur est en position basse. Le piston de refoulement se
déplace vers le haut, ce qui a pour effet de faire passer l’air de la zone chaude haute vers la
zone froide basse, en passant au travers de la laine de cuivre.
(c) Compression. Le piston moteur, entraîné par le volant d’inertie, est en mouvement vers
le haut et comprime l’air dans la zone froide. Le piston de refoulement est en position haute.
(d) Échaufement. Le piston moteur est en position haute. Le piston de refoulement se déplace
vers le bas, ce qui a pour effet de faire passer l’air de la zone froide basse vers la zone chaude
haute.
Un dispositif expérimental non représenté sur la figure 19.1 nous a permis d’enregistrer l’évolution
temporelle de la pression et du volume occupé par l’air au cours du temps. Les courbes correspondantes ainsi que le diagramme de Watt (pression en fonction du volume) sont représentés sur les
figures 19.3 et 19.4.
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
P (bar)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
t (s)
80
100
120
140
160
180
200
220
240
V (cm
3
)
Figure 19.3. Évolution temporelle de la pression et du volume
au cours de plusieurs cycles.
80
100
120
140
160
180
200
220
240
V (cm
3 )
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
P (bar)
1
4
2
3
Exp´ erimental
Mod` ele
Figure 19.4. Cycle expérimental
et modèle du moteur de Stirling
dans le diagramme (P, V ).
Ce moteur fonctionne de manière cyclique, avec une période τ = 0,24 s. Le travail mécanique (négatif) reçu par l’air au cours d’un cycle est l’opposé de l’aire du cycle dans le diagramme (P, V ). Un
calcul d’intégrale par la méthode des rectangles, appliquée sur un nombre de points correspondant
à une période, nous a permis d’en déterminer la valeur : W cycle = −2,2 J. La puissance mécanique est P m = −W cycle /τ = 9,1 W. La puissance électrique fournie à la résistance est le produit
de la tension à ses bornes par l’intensité du courant qui la traverse. La mesure de ces grandeurs
électriques nous a conduit à la valeur P e = 1,3 · 10
2 W.
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Machines thermiques
(a) Détente. Le piston de refoulement est en position basse et presque tout l’air se trouve
dans la zone chaude haute. Cet air se détend en transférant du travail au piston moteur, en
mouvement vers le bas.
(b) Refroidissement. Le piston moteur est en position basse. Le piston de refoulement se
déplace vers le haut, ce qui a pour effet de faire passer l’air de la zone chaude haute vers la
zone froide basse, en passant au travers de la laine de cuivre.
(c) Compression. Le piston moteur, entraîné par le volant d’inertie, est en mouvement vers
le haut et comprime l’air dans la zone froide. Le piston de refoulement est en position haute.
(d) Échaufement. Le piston moteur est en position haute. Le piston de refoulement se déplace
vers le bas, ce qui a pour effet de faire passer l’air de la zone froide basse vers la zone chaude
haute.
Un dispositif expérimental non représenté sur la figure 19.1 nous a permis d’enregistrer l’évolution
temporelle de la pression et du volume occupé par l’air au cours du temps. Les courbes correspondantes ainsi que le diagramme de Watt (pression en fonction du volume) sont représentés sur les
figures 19.3 et 19.4.
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0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
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0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
P (bar)
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0.2
0.4
0.6
0.8
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1.2
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1.6
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t (s)
80
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120
140
160
180
200
220
240
V (cm
3
)
Figure 19.3. Évolution temporelle de la pression et du volume
au cours de plusieurs cycles.
80
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120
140
160
180
200
220
240
V (cm
3 )
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
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2.0
2.2
2.4
P (bar)
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3
Exp´ erimental
Mod` ele
Figure 19.4. Cycle expérimental
et modèle du moteur de Stirling
dans le diagramme (P, V ).
Ce moteur fonctionne de manière cyclique, avec une période τ = 0,24 s. Le travail mécanique (négatif) reçu par l’air au cours d’un cycle est l’opposé de l’aire du cycle dans le diagramme (P, V ). Un
calcul d’intégrale par la méthode des rectangles, appliquée sur un nombre de points correspondant
à une période, nous a permis d’en déterminer la valeur : W cycle = −2,2 J. La puissance mécanique est P m = −W cycle /τ = 9,1 W. La puissance électrique fournie à la résistance est le produit
de la tension à ses bornes par l’intensité du courant qui la traverse. La mesure de ces grandeurs
électriques nous a conduit à la valeur P e = 1,3 · 10
2 W.
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