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Chapitre 1
Dans le langage courant, le terme puissance est utilisé pour quantifier la
puissance maximale utile d’un système. Par exemple, une automobile dont
on dit qu’elle est « de puissance 100 chevaux » a un moteur capable de
lui fournir, pendant quelques instants, une puissance de ̇
í µí± méca. = 100 ch –
mais pour cela, le moteur reçoit environ ̇
í µí± combustion = 300 ch sous forme de
chaleur. En outre, sur route, la puissance mécanique moyenne fournie par le
moteur ne dépasse probablement pas 20 ch.
1.1.5 L’énergie et la puissance massiques
Dans de nombreuses applications en thermodynamique, il est intéressant
de quantifier les transferts énergétiques indépendamment de la quantité de
masse à l’intérieur de la machine. Par exemple, si l’on souhaite comparer
le fonctionnement du moteur d’une moto et de celui d’un camion, il sera
judicieux de diviser chacun des transferts énergétiques (pendant la compression, la combustion, la détente) par la quantité d’air dans les cylindres, pour
s’affranchir des effets d’échelle. À cet effet, nous utilisons des grandeurs
dites spécifiques (dites parfois massiques) ; et nous les notons en minuscules.
L’énergie spécifique (parfois appelée énergie massique), se mesure en
joules par kilogramme (J kg
−1 ) :
í µí± ≡
í µí°¸
í µí±
(1/3)
où í µí± est l’énergie spécifique (J kg
−1 ),
í µí°¸ l’énergie (J),
et í µí± la masse du système que l’on étudie (kg).
Exemple 1.1
Un injecteur d’essence dans un moteur de voiture doit fournir
une quantité de chaleur spécifique í µí± comb. = 300 kJ kg
−1 quelle que
soit la quantité d’air dans le cylindre. Quelle sera l’énergie fournie
lorsque í µí± air = 0,5 kg et lorsque í µí± air = 1 kg ?
Il faudra í µí± comb.1 = í µí± 1 í µí± comb. = 0,5 × 300 ⋅ 10 3 = 150 ⋅ 10 3 J = 150 kJ
dans le premier cas, et í µí± comb.2 = í µí± 2 í µí± comb. = 300 kJ dans le second.
La puissance spécifique (parfois également appelée puissance massique),
a les mêmes unités que l’énergie spécifique : on divise des watts (joules
par seconde) par un débit de masse (kilos par seconde).
í µí± ≡
̇
í µí°¸
̇
í µí±
(1/4)
où í µí± est la puissance spécifique (J kg
−1 ),
̇
í µí°¸ la puissance (W),
et ̇
í µí± le débit de masse traversant le système (kg s
−1 ).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen
Chapitre 1
Dans le langage courant, le terme puissance est utilisé pour quantifier la
puissance maximale utile d’un système. Par exemple, une automobile dont
on dit qu’elle est « de puissance 100 chevaux » a un moteur capable de
lui fournir, pendant quelques instants, une puissance de ̇
í µí± méca. = 100 ch –
mais pour cela, le moteur reçoit environ ̇
í µí± combustion = 300 ch sous forme de
chaleur. En outre, sur route, la puissance mécanique moyenne fournie par le
moteur ne dépasse probablement pas 20 ch.
1.1.5 L’énergie et la puissance massiques
Dans de nombreuses applications en thermodynamique, il est intéressant
de quantifier les transferts énergétiques indépendamment de la quantité de
masse à l’intérieur de la machine. Par exemple, si l’on souhaite comparer
le fonctionnement du moteur d’une moto et de celui d’un camion, il sera
judicieux de diviser chacun des transferts énergétiques (pendant la compression, la combustion, la détente) par la quantité d’air dans les cylindres, pour
s’affranchir des effets d’échelle. À cet effet, nous utilisons des grandeurs
dites spécifiques (dites parfois massiques) ; et nous les notons en minuscules.
L’énergie spécifique (parfois appelée énergie massique), se mesure en
joules par kilogramme (J kg
−1 ) :
í µí± ≡
í µí°¸
í µí±
(1/3)
où í µí± est l’énergie spécifique (J kg
−1 ),
í µí°¸ l’énergie (J),
et í µí± la masse du système que l’on étudie (kg).
Exemple 1.1
Un injecteur d’essence dans un moteur de voiture doit fournir
une quantité de chaleur spécifique í µí± comb. = 300 kJ kg
−1 quelle que
soit la quantité d’air dans le cylindre. Quelle sera l’énergie fournie
lorsque í µí± air = 0,5 kg et lorsque í µí± air = 1 kg ?
Il faudra í µí± comb.1 = í µí± 1 í µí± comb. = 0,5 × 300 ⋅ 10 3 = 150 ⋅ 10 3 J = 150 kJ
dans le premier cas, et í µí± comb.2 = í µí± 2 í µí± comb. = 300 kJ dans le second.
La puissance spécifique (parfois également appelée puissance massique),
a les mêmes unités que l’énergie spécifique : on divise des watts (joules
par seconde) par un débit de masse (kilos par seconde).
í µí± ≡
̇
í µí°¸
̇
í µí±
(1/4)
où í µí± est la puissance spécifique (J kg
−1 ),
̇
í µí°¸ la puissance (W),
et ̇
í µí± le débit de masse traversant le système (kg s
−1 ).
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen