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Chapitre 6
Exercices
Les propriétés de l’eau sont toutes tabulées dans
les abaques n°1, 2 et 3 (voir l’annexe A1 p. 315)
L’air est considéré comme un gaz parfait.
𝑐 𝑣 (air) = 718 J kg
−1 K
−1
𝑅 air = 287 J kg
−1 K
−1
𝑐 𝑝 (air) = 1 005 J kg
−1 K
−1
𝛾 air = 1,4
Nous admettons que pour une évolution adiabatique réversible (sans apport de chaleur et infiniment lente) les propriétés de l’air suivent les trois
relations suivantes :
(
𝑇 1
𝑇 2 )
=
(
𝑣 2
𝑣 1 )
𝛾−1
(4/36)
(
𝑇 1
𝑇 2 )
=
(
𝑝 1
𝑝 2 )
𝛾−1
𝛾
(4/37)
(
𝑝 1
𝑝 2 )
=
(
𝑣 2
𝑣 1 )
𝛾
(4/38)
6.1 Efficacité d’un moteur
Le moteur Diesel d’une excavatrice a une efficacité
de 40 % et développe une puissance continue de 60 kW
(c’est-à-dire environ 80 ch). Il est alimenté par du carburant de capacité calorifique 35 MJ kg
−1 .
1. Quelle est la consommation horaire de carburant
de la machine ?
2. Quelle est la puissance qu’elle rejette sous forme
de chaleur dans le conduit d’échappement ?
6.2 Efficacité d’un réfrigérateur
Un réfrigérateur dont le cop est de 1,2 doit extraire
100 kJ d’un aliment placé dans la chambre froide. Combien d’énergie électrique doit-il consommer pour cela ?
Quelle quantité de chaleur aura-t-il rejetée à la fin du
refroidissement ?
6.3 Efficacité d’une pompe à chaleur
Une pompe à chaleur dont le cop est de 3,1 fournit une
puissance de 4 000 W à une habitation. Quelle est la
puissance électrique consommée ? Quelle est la puissance absorbée à l’atmosphère ?
6.4 Thermodynamique de soirée
Un groupe d’étudiants assoiffés par un cours de thermodynamique interminable prépare le week-end en plaçant au réfrigérateur dix packs de six bouteilles contenant une boisson à base d’eau minérale (figure 6.19).
Une expérience effectuée sur une bouteille montre
qu’elle est constituée de 172 g de verre de capacité calorifique massique 0,75 kJ kg
−1 K
−1 , et qu’elle contient
25 cL de liquide de capacité 4,2 kJ kg
−1 K
−1 .
Lorsqu’ils sont placés au réfrigérateur, les packs sont à
température ambiante (19
◦ C). Quatre heures plus tard,
ils ont atteint la température de 5
◦ C.
Figure 6.19 – Pack de six bouteilles d’un liquide utilisé pour noyer l’exaspération propre à l’étude de la
thermodynamique.
Photo CC-by Moritz Barcelona
Le réfrigérateur a un rendement de 95 %. Les parois du
réfrigérateur, imparfaitement isolées, absorbent de la
chaleur de la pièce avec une puissance de 10 W.
1. Quelle quantité d’énergie électrique le réfrigérateur a-t-il consommée pendant ces quatre heures ?
L’opérateur du réseau électrique local applique un tarif
de 0,15 A C/(kW h).
2. Quel est le coût financier du refroidissement effectué ?
3. La pièce dans laquelle le réfrigérateur est entreposé s’est-t-elle refroidie ou réchauffée ?
4. La pièce se refroidira-t-elle si la porte du réfrigérateur est laissée ouverte ?
6.5 Fonctionnement d’une pompe à
chaleur
Décrivez le cycle thermodynamique suivi par le fluide
à l’intérieur d’une pompe à chaleur, en indiquant
le sens des flux de chaleur et l’emplacement (intérieur/extérieur) des différents composants.
Pourquoi laisse-t-on le fluide se détendre dans une soupape, au lieu d’utiliser une turbine qui pourrait fournir
du travail ?
On peut aussi s’exercer en s’intéressant aux cycles et configurations d’un climatiseur, d’un réfrigérateur ou d’un
moteur : quelle partie est réchauffée et à quelle température ?
Thermodynamique de l’ingénieur par Olivier Cleynen