28 Machines thermiques
1. EN QUELQUES MOTS…
Les machines thermiques étudiées dans cette fiche sont utilisées dans de nombreux
domaines : automobiles, centrales électriques, installations frigorifiques, pompes à chaleur…
2. CE QU’IL FAUT RETENIR…
a) Les différentes machines thermiques
c Définition : Les machines thermiques dithermes fonctionnent de façon cyclique, échangeant du travail W avec le milieu extérieur et du transfert thermique avec deux thermostats
appelés source froide et source chaude. Le transfert thermique est Q C avec une source
chaude à la température T C et Q F avec une source froide à la température T F (T C > T F ).
c Application des deux principes
Le système étudié est la machine.
Le premier principe appliqué à la machine donne la variation d’énergie interne
lors d’un
cycle :
, or la transformation étant cyclique, l’état initial est identique à
l’état final,
, d’où la relation :
.
Le second principe appliqué à la machine donne la variation d’entropie
lors d’un cycle :
où
(transformation cyclique), l’entropie créée
et l’entropie
échangée
, ce qui conduit à l’inégalité de Clausius :
L’égalité correspond à une transformation réversible.
c Diagramme de Raveau
Un cycle est représenté par un point dans le diagramme de Raveau Q C en fonction de Q F .
–L a droite (1) d’équation
correspond aux cycles réversibles. L’inégalité de
Clausius définit la région correspondant aux cycles possibles dans le diagramme de
Raveau ⇒ la partie grisée du diagramme représente les cycles interdits par le second
principe.
Q C : transfert thermique reçu de la source chaude (J)
Q F : transfert thermique reçu de la source froide (J)
T F : température de la source froide (K)
T C : température de la source chaude (K)
machine
W
source
froide
source
chaude
T F
T C
Q F
Q C
ΔU
ΔUWQQ CF
=+
+
Δ U = 0
WQ Q
CF
++= 0
Δ S
Δ SS
S
=+ éch
créée
ΔS = 0
S créée ≥ 0
S
Q
T
Q
T
C
C
F
F
éch =+
Q
T
Q
T
C
C
F
F
+≤ 0
Q
T
Q
T
C
C
F
F
+= 0
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