510 Chapitre 19
Machines thermiques
On définit l’efficacité e comme le rapport de la grandeur souhaitée sur la grandeur qui coûte.
• Pour une pompe à chaleur e =
−Q C
W
car on souhaite fournir une énergie égale à −Q C
à la source chaude (l’habitation).
• Pour une machine frigorifique e =
Q F
W
car on souhaite prélever une énergie égale à Q F
à la source froide (l’enceinte frigorifique).
Définition : Efficacité d’une machine réceptrice
L’efficacité est une grandeur positive supérieure à 1. Pour les pompes à chaleur, on
parle aussi de coefficient de performance (COP).
Quelles sont les efficacités maximales obtenues lors de cycles réversibles.
L’application des deux premiers principes de la thermodynamique au système décrivant le cycle
donne W = −Q F − Q C et
Q C
T C
+
Q F
T F
+ S c = 0. Sachant que l’entropie créée S c est positive ou
nulle, on obtient à partir de ces deux relations l’inégalité e ≤ e c , où e c est l’efficacité de Carnot.
Le second principe impose donc une valeur maximale à l’efficacité, le maximum étant atteint pour
un cycle dont toutes les transformations sont réversibles.
L’efficacité maximale que l’on peut obtenir d’une machine réceptrice fonctionnant entre deux
thermostats de températures T C et T F est appelée efficacité de Carnot et s’écrit :
• e c =
−Q C
W
=
T C
T C − T F
pour une pompe à chaleur ;
• e c =
Q F
W
=
T F
T C − T F
pour une machine frigorifique.
L’efficacité de Carnot est obtenue 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 : Efficacités de Carnot
À titre d’exemple, considérons une pompe à chaleur chauffant un local (source chaude) à la température T C = 293 K et fonctionnant avec l’air extérieur (source froide) à la température T F = 278 K.
Son efficacité de Carnot est e c = 19,5. L’énergie fournie au local par transfert thermique est donc
au maximum environ vingt fois plus importante que l’énergie fournie à la pompe à chaleur sous
forme de travail.
L’ordre de grandeur de l’efficacité réelle d’une machine thermique réceptrice est généralement
compris entre 3 et 5.
Ordre de grandeur de l’efficacité d’une machine réceptrice
partagelivrescpge.blogspot.com
Machines thermiques
On définit l’efficacité e comme le rapport de la grandeur souhaitée sur la grandeur qui coûte.
• Pour une pompe à chaleur e =
−Q C
W
car on souhaite fournir une énergie égale à −Q C
à la source chaude (l’habitation).
• Pour une machine frigorifique e =
Q F
W
car on souhaite prélever une énergie égale à Q F
à la source froide (l’enceinte frigorifique).
Définition : Efficacité d’une machine réceptrice
L’efficacité est une grandeur positive supérieure à 1. Pour les pompes à chaleur, on
parle aussi de coefficient de performance (COP).
Quelles sont les efficacités maximales obtenues lors de cycles réversibles.
L’application des deux premiers principes de la thermodynamique au système décrivant le cycle
donne W = −Q F − Q C et
Q C
T C
+
Q F
T F
+ S c = 0. Sachant que l’entropie créée S c est positive ou
nulle, on obtient à partir de ces deux relations l’inégalité e ≤ e c , où e c est l’efficacité de Carnot.
Le second principe impose donc une valeur maximale à l’efficacité, le maximum étant atteint pour
un cycle dont toutes les transformations sont réversibles.
L’efficacité maximale que l’on peut obtenir d’une machine réceptrice fonctionnant entre deux
thermostats de températures T C et T F est appelée efficacité de Carnot et s’écrit :
• e c =
−Q C
W
=
T C
T C − T F
pour une pompe à chaleur ;
• e c =
Q F
W
=
T F
T C − T F
pour une machine frigorifique.
L’efficacité de Carnot est obtenue 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 : Efficacités de Carnot
À titre d’exemple, considérons une pompe à chaleur chauffant un local (source chaude) à la température T C = 293 K et fonctionnant avec l’air extérieur (source froide) à la température T F = 278 K.
Son efficacité de Carnot est e c = 19,5. L’énergie fournie au local par transfert thermique est donc
au maximum environ vingt fois plus importante que l’énergie fournie à la pompe à chaleur sous
forme de travail.
L’ordre de grandeur de l’efficacité réelle d’une machine thermique réceptrice est généralement
compris entre 3 et 5.
Ordre de grandeur de l’efficacité d’une machine réceptrice
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