Fiche 28 • Machines thermiques
–L a droite (2) d’équation
sépare le plan en deux zones correspondant à W < 0
au-dessus de cette droite et W > 0 au-dessous.
Ces droites et les axes déterminent dans le diagramme de Raveau les zones I, II, III et IV conduisant à deux types de machines :
Æ La machine est un moteur si elle fournit du travail au milieu extérieur, par suite W < 0 ou
.
Les moteurs possibles sont dans la zone I.
Æ Les zones II, III et IV correspondent au fonctionnement des machines en récepteur, c’està-dire qu’elles reçoivent du travail du milieu extérieur, donc W > 0.
b) Moteur
c La machine fournit du travail au milieu extérieur (W < 0), reçoit du transfert thermique de
la source chaude (Q C > 0) et en cède à la source froide (Q F < 0).
Le système étudié est la machine.
c Le rendement η d’un moteur est le rapport de ce que l’on gagne (le travail fourni à l’extérieur, − W) à ce que l’on dépense (le transfert thermique fourni par la source chaude, Q C ) :
.
Le premier principe donne :
et l’inégalité de Clausius donne :
car Q C > 0.
Considérons la zone III : elle correspond à
Q C > 0, Q F < 0 et W > 0 : le transfert thermique a lieu de la source chaude vers la
source froide, via la machine qui reçoit du
travail. Cette zone ne présente pas d’intérêt
pratique, car le transfert thermique a lieu
spontanément de la source chaude à la
source froide sans avoir à fournir de travail.
La zone IV ne présente pas non plus d’intérêt pratique.
Seule la zone II présente un intérêt pratique, car Q C < 0, Q F > 0 et W > 0, le travail
fourni permet le transfert thermique de la
source froide à la source chaude.
η : rendement : nombre sans dimension, positif et toujours inférieur à 1
W : travail reçu par la machine (J)
Q C : transfert thermique fourni par la source chaude (J)
T F : température de la source froide (K)
T C : température de la source chaude (K)
QQ CF += 0
QQ CF +> 0
Q F
Q C
I
III
IV
II
(1)
(2)
machine
W
source
froide
source
chaude
T F
T C
Q F
Q C
η=
−W
Q C
η= +
1
Q
Q
F
C
Q
Q
T
T
F
C
F
C
≤−
η=
− ≤−
W
Q
T
T
C
F
C
1
85
–L a droite (2) d’équation
sépare le plan en deux zones correspondant à W < 0
au-dessus de cette droite et W > 0 au-dessous.
Ces droites et les axes déterminent dans le diagramme de Raveau les zones I, II, III et IV conduisant à deux types de machines :
Æ La machine est un moteur si elle fournit du travail au milieu extérieur, par suite W < 0 ou
.
Les moteurs possibles sont dans la zone I.
Æ Les zones II, III et IV correspondent au fonctionnement des machines en récepteur, c’està-dire qu’elles reçoivent du travail du milieu extérieur, donc W > 0.
b) Moteur
c La machine fournit du travail au milieu extérieur (W < 0), reçoit du transfert thermique de
la source chaude (Q C > 0) et en cède à la source froide (Q F < 0).
Le système étudié est la machine.
c Le rendement η d’un moteur est le rapport de ce que l’on gagne (le travail fourni à l’extérieur, − W) à ce que l’on dépense (le transfert thermique fourni par la source chaude, Q C ) :
.
Le premier principe donne :
et l’inégalité de Clausius donne :
car Q C > 0.
Considérons la zone III : elle correspond à
Q C > 0, Q F < 0 et W > 0 : le transfert thermique a lieu de la source chaude vers la
source froide, via la machine qui reçoit du
travail. Cette zone ne présente pas d’intérêt
pratique, car le transfert thermique a lieu
spontanément de la source chaude à la
source froide sans avoir à fournir de travail.
La zone IV ne présente pas non plus d’intérêt pratique.
Seule la zone II présente un intérêt pratique, car Q C < 0, Q F > 0 et W > 0, le travail
fourni permet le transfert thermique de la
source froide à la source chaude.
η : rendement : nombre sans dimension, positif et toujours inférieur à 1
W : travail reçu par la machine (J)
Q C : transfert thermique fourni par la source chaude (J)
T F : température de la source froide (K)
T C : température de la source chaude (K)
QQ CF += 0
QQ CF +> 0
Q F
Q C
I
III
IV
II
(1)
(2)
machine
W
source
froide
source
chaude
T F
T C
Q F
Q C
η=
−W
Q C
η= +
1
Q
Q
F
C
Q
Q
T
T
F
C
F
C
≤−
η=
− ≤−
W
Q
T
T
C
F
C
1
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