508 Chapitre 19
Machines thermiques
Le rendement maximal que l’on peut obtenir d’un moteur ditherme fonctionnant entre deux
thermostats de températures T C et T F est appelé rendement de Carnot et s’écrit :
η Carnot = 1 −
T F
T C
Ce rendement de Carnot est obtenu lorsque le système suit un cycle de Carnot constitué de deux transformations adiabatiques réversibles et de deux transformations
isothermes réversibles au contact des thermostats de températures T C et T F .
Définition : Rendement et cycle de Carnot
Le cycle de Carnot est le seul cycle réversible de moteur ditherme.
Dans notre modélisation du moteur de Stirling, les températures des sources sont T C = 344 K et
T F = 303 K. Le rendement de Carnot est donc η Carnot = 1 −
T F
T C
= 12 %, qui est bien supérieur au
rendement du cycle modèle (8,8 %). L’écart s’explique par la création d’entropie au cours des deux
transformations isochores (23) et (41), lors desquelles le fluide n’est pas à l’équilibre thermique
avec les sources.
Les rendements des moteurs thermiques actuels (moteurs à essence ou diesel) sont inférieurs
à 50%, alors que ceux des moteurs électriques peuvent être supérieurs à 80%.
Ordre de grandeur du rendement d’un moteur thermique
Le rendement du moteur de Stirling étudié ici est très faible car c’est un moteur pédagogique
qui n’est pas conçu pour être performant. Les moteurs de Stirling industriels ont un rendement
pouvant aller jusqu’à 40 %. Ils ont l’avantage d’être silencieux puisqu’ils n’utilisent pas d’explosion,
et la source chaude peut être réalisée de différentes façons (Soleil, bougie, etc.).
3 Machine réceptrice ditherme
Rappelons qu’une machine thermique réceptrice est une machine qui doit recevoir de l’énergie sous
forme de travail pour fonctionner. C’est le cas d’une machine frigorifique ou d’une pompe à
chaleur.
Une machine réceptrice ditherme prélève de l’énergie à une source froide, par transfert thermique
Q F > 0. Elle reçoit un travail W > 0 et fournit de l’énergie à une source chaude, par transfert
thermique Q C < 0. Le schéma de principe d’un récepteur ditherme est donné ci-dessous :
Système fluide
Source chaude T C > T F
Source froide T F < T C
Q C < 0
Q F > 0
W > 0
partagelivrescpge.blogspot.com
Machines thermiques
Le rendement maximal que l’on peut obtenir d’un moteur ditherme fonctionnant entre deux
thermostats de températures T C et T F est appelé rendement de Carnot et s’écrit :
η Carnot = 1 −
T F
T C
Ce rendement de Carnot est obtenu lorsque le système suit un cycle de Carnot constitué de deux transformations adiabatiques réversibles et de deux transformations
isothermes réversibles au contact des thermostats de températures T C et T F .
Définition : Rendement et cycle de Carnot
Le cycle de Carnot est le seul cycle réversible de moteur ditherme.
Dans notre modélisation du moteur de Stirling, les températures des sources sont T C = 344 K et
T F = 303 K. Le rendement de Carnot est donc η Carnot = 1 −
T F
T C
= 12 %, qui est bien supérieur au
rendement du cycle modèle (8,8 %). L’écart s’explique par la création d’entropie au cours des deux
transformations isochores (23) et (41), lors desquelles le fluide n’est pas à l’équilibre thermique
avec les sources.
Les rendements des moteurs thermiques actuels (moteurs à essence ou diesel) sont inférieurs
à 50%, alors que ceux des moteurs électriques peuvent être supérieurs à 80%.
Ordre de grandeur du rendement d’un moteur thermique
Le rendement du moteur de Stirling étudié ici est très faible car c’est un moteur pédagogique
qui n’est pas conçu pour être performant. Les moteurs de Stirling industriels ont un rendement
pouvant aller jusqu’à 40 %. Ils ont l’avantage d’être silencieux puisqu’ils n’utilisent pas d’explosion,
et la source chaude peut être réalisée de différentes façons (Soleil, bougie, etc.).
3 Machine réceptrice ditherme
Rappelons qu’une machine thermique réceptrice est une machine qui doit recevoir de l’énergie sous
forme de travail pour fonctionner. C’est le cas d’une machine frigorifique ou d’une pompe à
chaleur.
Une machine réceptrice ditherme prélève de l’énergie à une source froide, par transfert thermique
Q F > 0. Elle reçoit un travail W > 0 et fournit de l’énergie à une source chaude, par transfert
thermique Q C < 0. Le schéma de principe d’un récepteur ditherme est donné ci-dessous :
Système fluide
Source chaude T C > T F
Source froide T F < T C
Q C < 0
Q F > 0
W > 0
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