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Chapitre 5
2. Ces évolutions élémentaires sont des outils conceptuels que nous assemblerons plus tard, d’abord pour quantifier les limites théoriques des
machines (au chapitre 7), et enfin pour décrire le comportement des
fluides à l’intérieur des machines réelles (au chapitre 9).
5.4.2 Évolutions à pression constante
« On sait que lorsqu’on fait vaporiser de l’eau sous la pression atmosphérique, en vain lui ajoute-t-on continuellement de nouvelles quantités de chaleur au moyen du foyer, jamais la température de l’eau, non plus que celle de
la vapeur, ne s’élèvent au-delà de 100°
du thermomètre centigrade, ou 212° du
thermomètre de Fahrenheit. »
François-Marie Guyonneau
de Pambour, 1839
Théorie de la machine à vapeur [7]
Il est possible de chauffer ou refroidir un liquide/vapeur en maintenant sa
pression constante (figure 5.14). Une évolution à pression constante est dite
isobare.
• Dans un système fermé, on doit le contraindre avec une surface qui exerce
une force constante quel que soit le volume ;
• Dans un système ouvert, il suffit de chauffer ou refroidir le gaz en le
laissant s’écouler dans un conduit sans pièce mobile. C’est ce qui se passe
dans une chaudière, par exemple.
Figure 5.14 – Évolution à pression constante (isobare) d’un liquide/vapeur. En
système fermé (à gauche), le piston exerce une force constante tout au long de
l’évolution. En système ouvert (à droite), aucun travail n’est effectué.
Schéma CC-by-sa Olivier Cleynen
En système fermé, nous avons 𝑞 1→2 + 𝑤 1→2 = Δ𝑢 (2/2). Si l’évolution est
réversible, la chaleur et le travail peuvent être chacun quantifiés :
𝑤 1→2 = − ∫
2
1
𝑝 d𝑣 = −𝑝 cste ∫
2
1
d𝑣
𝑤 1→2 = −𝑝 cste Δ𝑣
(5/7)
lors d’une évolution réversible à pression constante 𝑝 cste , en système fermé.
𝑞 1→2 = Δ𝑢 − 𝑤 1→2 = Δ𝑢 + 𝑝 cste Δ𝑣
𝑞 1→2 = Δℎ
(5/8)
lors d’une évolution réversible à pression constante, en système fermé.
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen