Chapitre 7
187
que le cycle thermodynamique qu’il décrit est le plus efficace – le moins
inefficace ! – qu’il soit possible d’effectuer.
7.3.4 Les quatre étapes du moteur de Carnot
Nous pouvons décrire le cycle de Carnot avec une quantité de masse prisonnière dans un cylindre à laquelle l’on fait subir quatre transformations
(figure 7.8). Elle évolue ainsi entre les températures í µí± í µí°» (source « chaude »
à haute température) et í µí± í µí°µ (source « froide » à basse température), pour
développer un travail net :
Compression adiabatique réversible de 1 à 2
Dans cette étape, nous souhaitons amener le fluide jusqu’à une haute
température sans lui apporter de chaleur.
Le cycle débute en 1, lorsque le fluide est dans le cylindre à température
basse í µí± í µí°µ .
Pour l’amener à température haute (et ainsi permettre un transfert de
chaleur réversible en phase 2 → 3), le fluide est compressé de façon
adiabatique réversible (§4.4.5 & §5.4.5). La température du fluide augmente
de í µí± í µí°µ à í µí± í µí°» .
Cette phase est consommatrice de travail (í µí± 1→2 > 0).
Chauffage isotherme de 2 à 3
Dans cette étape, nous souhaitons capter une quantité í µí± í µí± í µí°» de chaleur de
la source à haute température.
En 2, le fluide se trouve compressé dans le piston, à la température í µí± í µí°» . Le
cylindre est mis au contact de la source chaude (température í µí± í µí°» ) et on
fournit de la chaleur avec une différence de température infinitésimale :
c’est une détente isotherme (§4.4.4 & §5.4.4). La température du fluide
reste constante à í µí± í µí°» .
Cette phase est productrice de travail (í µí± 2→3 < 0).
Détente adiabatique réversible de 3 à 4
Dans cette étape, nous souhaitons faire chuter la température du fluide
jusqu’à celle de la source froide (í µí± í µí°µ ).
En 3, le fluide se trouve toujours à température í µí± í µí°» . Le cylindre est alors
isolé thermiquement et le fluide est détendu de façon à extraire du travail
et réduire sa température sans transfert de chaleur : c’est une détente
adiabatique réversible. Le piston poursuit son lent recul, et la température
du fluide descend jusqu’à í µí± í µí°µ .
Cette phase est productrice de travail (í µí± 3→4 < 0).
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen
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que le cycle thermodynamique qu’il décrit est le plus efficace – le moins
inefficace ! – qu’il soit possible d’effectuer.
7.3.4 Les quatre étapes du moteur de Carnot
Nous pouvons décrire le cycle de Carnot avec une quantité de masse prisonnière dans un cylindre à laquelle l’on fait subir quatre transformations
(figure 7.8). Elle évolue ainsi entre les températures í µí± í µí°» (source « chaude »
à haute température) et í µí± í µí°µ (source « froide » à basse température), pour
développer un travail net :
Compression adiabatique réversible de 1 à 2
Dans cette étape, nous souhaitons amener le fluide jusqu’à une haute
température sans lui apporter de chaleur.
Le cycle débute en 1, lorsque le fluide est dans le cylindre à température
basse í µí± í µí°µ .
Pour l’amener à température haute (et ainsi permettre un transfert de
chaleur réversible en phase 2 → 3), le fluide est compressé de façon
adiabatique réversible (§4.4.5 & §5.4.5). La température du fluide augmente
de í µí± í µí°µ à í µí± í µí°» .
Cette phase est consommatrice de travail (í µí± 1→2 > 0).
Chauffage isotherme de 2 à 3
Dans cette étape, nous souhaitons capter une quantité í µí± í µí± í µí°» de chaleur de
la source à haute température.
En 2, le fluide se trouve compressé dans le piston, à la température í µí± í µí°» . Le
cylindre est mis au contact de la source chaude (température í µí± í µí°» ) et on
fournit de la chaleur avec une différence de température infinitésimale :
c’est une détente isotherme (§4.4.4 & §5.4.4). La température du fluide
reste constante à í µí± í µí°» .
Cette phase est productrice de travail (í µí± 2→3 < 0).
Détente adiabatique réversible de 3 à 4
Dans cette étape, nous souhaitons faire chuter la température du fluide
jusqu’à celle de la source froide (í µí± í µí°µ ).
En 3, le fluide se trouve toujours à température í µí± í µí°» . Le cylindre est alors
isolé thermiquement et le fluide est détendu de façon à extraire du travail
et réduire sa température sans transfert de chaleur : c’est une détente
adiabatique réversible. Le piston poursuit son lent recul, et la température
du fluide descend jusqu’à í µí± í µí°µ .
Cette phase est productrice de travail (í µí± 3→4 < 0).
https://thermodynamique.fr – CC-by-sa Olivier Cleynen