Chapitre 7
181
Figure 7.1 – Production d’un travail avec de la chaleur issue d’un corps à 100
◦ C : le
transfert de chaleur permet la production d’un travail mais il provoque également
une augmentation de température du fluide.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
Figure 7.2 – Le refroidissement inévitable du moteur. La seule manière de ramener
le fluide à son état initial (A) dans l’expérience en figure 7.1 est de lui prélever de la
chaleur, ce qui ne peut se faire qu’avec un « puits » à chaleur de température plus
basse. Les transferts de chaleur et de travail sont ici plus faibles qu’à l’aller, mais
tous deux non nuls.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
« D’après ce principe, il ne suffit
pas, pour donner naissance à la puissance motrice, de produire de la chaleur : il faut encore se procurer du froid ;
sans lui la chaleur serait inutile.
Et en effet, si l’on ne rencontrait autour
de soi que des corps aussi chauds que
nos foyers, comment parviendrait-on à
condenser la vapeur ? Où la placeraiton une fois qu’elle aurait pris naissance ? Il ne faudrait pas croire que l’on
pût, ainsi que cela se pratique dans certaines machines, la rejeter dans l’atmosphère : l’atmosphère ne la recevrait
pas. Il ne la reçoit, dans l’état actuel des
choses, que parce qu’il remplit pour elle
l’office d’un vaste condenseur, parce
qu’il se trouve à une température plus
froide : autrement il en serait bientôt
rempli, ou plutôt il en serait d’avance
saturé. »
Sadi Carnot, 1824 [4]
Ce raisonnement s’applique de la même façon aux machines conçues pour
absorber de la chaleur à basse température (réfrigérateurs, climatiseurs,
et pompes à chaleur). Une fois que la chaleur a été captée dans le fluide
à basse température, la seule façon de la rejeter à une température plus
haute est d’augmenter la température du fluide. Cela nécessite un travail de
compression non-nul. Ainsi, pour qu’un réfrigérateur fonctionne en continu,
il faut qu’il reçoive de l’énergie sous forme de travail.
7.2.2 Limites des machines thermiques
Pour étudier plus rigoureusement les transformations de chaleur et de travail,
nous utiliserons la notation suivante pour décrire les machines thermiques :
• í µí± í µí°» et í µí± í µí°µ représenteront respectivement les températures haute et basse ;
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
181
Figure 7.1 – Production d’un travail avec de la chaleur issue d’un corps à 100
◦ C : le
transfert de chaleur permet la production d’un travail mais il provoque également
une augmentation de température du fluide.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
Figure 7.2 – Le refroidissement inévitable du moteur. La seule manière de ramener
le fluide à son état initial (A) dans l’expérience en figure 7.1 est de lui prélever de la
chaleur, ce qui ne peut se faire qu’avec un « puits » à chaleur de température plus
basse. Les transferts de chaleur et de travail sont ici plus faibles qu’à l’aller, mais
tous deux non nuls.
Schéma CC-0 Olivier Cleynen
« D’après ce principe, il ne suffit
pas, pour donner naissance à la puissance motrice, de produire de la chaleur : il faut encore se procurer du froid ;
sans lui la chaleur serait inutile.
Et en effet, si l’on ne rencontrait autour
de soi que des corps aussi chauds que
nos foyers, comment parviendrait-on à
condenser la vapeur ? Où la placeraiton une fois qu’elle aurait pris naissance ? Il ne faudrait pas croire que l’on
pût, ainsi que cela se pratique dans certaines machines, la rejeter dans l’atmosphère : l’atmosphère ne la recevrait
pas. Il ne la reçoit, dans l’état actuel des
choses, que parce qu’il remplit pour elle
l’office d’un vaste condenseur, parce
qu’il se trouve à une température plus
froide : autrement il en serait bientôt
rempli, ou plutôt il en serait d’avance
saturé. »
Sadi Carnot, 1824 [4]
Ce raisonnement s’applique de la même façon aux machines conçues pour
absorber de la chaleur à basse température (réfrigérateurs, climatiseurs,
et pompes à chaleur). Une fois que la chaleur a été captée dans le fluide
à basse température, la seule façon de la rejeter à une température plus
haute est d’augmenter la température du fluide. Cela nécessite un travail de
compression non-nul. Ainsi, pour qu’un réfrigérateur fonctionne en continu,
il faut qu’il reçoive de l’énergie sous forme de travail.
7.2.2 Limites des machines thermiques
Pour étudier plus rigoureusement les transformations de chaleur et de travail,
nous utiliserons la notation suivante pour décrire les machines thermiques :
• í µí± í µí°» et í µí± í µí°µ représenteront respectivement les températures haute et basse ;
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen