Themique

carton ayant réalisé ce point, imagina une machine dont le gaz amené à la température d’une source chaude, y prend de l’entropie et a restitue à une source froide après une transformation qui ajuste la température du gaz à celle de la source froide. Une fois l’entropie évacuée, le gaz subit une transformation qui ajuste sa température à celle de la source chaude. Un cycle est ainsi formé qui peut être répété. Les branches du cycle quand la température est changée, ont lieu sans échange de chaleur.

Ainsi, le cycle de carton comporte deux passages dit « diabétiques » (S inchangé) et deux ésotérisme (T inchangé). Le cycle de carton est un cycle optimal car il n’ a pas de dissipation dans les processus ‘échange de chaleur avec l’extérieur. I De plus, on suppose ici une machine thermique qui ne produit pas d’entropie (de façon interne à sa machinerie). Cette entropie est « conservée » entre la source chaude et la source froide. Le fluide qui opère dans une machine thermique fonctionnant en régime stationnaire. AI subit un processus qu’on appelle un cycle.

Comme il est présupposé ici qu’il n’ a pas d’entropie produite, le cycle est dit réversible. Plus avant dans le cours, l’étudiant pourra réaliser qu’un diagramme de cycle (S, T) comme ci-dessus fournit toute l’information sur la manière dans laquelle le clé se déroule. Cependant, dans une première lecture, un tel diagramme ne représente pas tout ce que tel diagramme ne représente pas tout ce qui se passe. Il ne laisse pas entrevoir les flux d’entropie et d’énergie sur chaque segment du cycle. Toutefois, le cycle de carton permet une analyse des échanges de travail et chaleur sans calcul compliqué.

En effet, la zone ombrée des graphiques T-S ci-dessous représente l’énergie thermique échangée dans les deux processus ésotérisme (expansion et compression). Philtre dépôt, L’entropie et tout ça, le roman de la thermodynamique, casino, 2001 25 En effet, le flux d’énergie thermique, on la vu, vaut tel S . Par conséquent, pour la transformation de A à B : tube tube SUBI des AS ddt ta ta SA Cette énergie est aussi l’aire sous la courbe T(S). La transformation de C à D a lieu avec le même changement d’entropie, mais dans le sens inverse. L’échange d’énergie vaut alors : ACCÈDE – SUD sac varie dans le processus). Comme la machine fonctionne en régime stationnaire, à chaque cycle le contenu énergétique de la machine n’ pas changé (une conséquence du premier principe). AI faut donc que cette énergie thermique soit restituée au monde extérieur sous orme de travail. Par conséquent, l’aire du cycle de carton représente aussi l’énergie mécanique fournie au monde extérieur ! Quand le cycle est parcouru dans l’autre sens, alors du travail est apporté par cycle et de l’énergie thermique peut passer de la source chaude à la source froide, c’est une pompe à chaleur (voir plus loin dans ce chapitre) !

On peut se faire une représentation schématique de ce qui arrive au gaz. 3 Disons que le gaz est contenu dans un soufflet dont la base peut être facilement mise en contact thermique avec une source chaude ou froide. Admettons aussi que le soufflet, risquer Voir « thermodynamique des gaz » pour un calcul explicite thé affamant Lectures on physiciens, R. affamant, R. B. Éloignent, M. Sanas, aidais-essaie 1963 26 n’est pas en contact avec une source, est isolé théoriquement (toute transformation est alors diabétique, S constant). Quand le soufflet est dans cet source chaude et on le laisse augmenter de volume.

L’entropie du gaz dans le soufflet augmente. Ensuite on détache le soufflet de la source chaude. On détend le gaz pour abaisser sa température à celle de la source froide. On peut alors mettre le soufflet en contact avec la source raide, et comprimer le soufflet à température constante. De l’entropie du gaz est évacuée. On est prêt pour détacher le soufflet et recommencer le cycle ! Efficacité, rendement thermiques Le point continuellement important qu’il ne faut jamais oublié est qu’une machine thermique est traversée (par cycle) par un flux d’entropie, I S , I S ,août .

A ce flux d’entropie est associé un flux d’énergie. Quand on considère le bilan énergétique de toute machine thermique, il ne faut pas oublier le flux thermique sortant I E ,éthéré ,août ! On trouve communément deux manières de réactualiser l’efficacité thermique d’une machine. La première compare l’énergie mécanique produite par cycle à l’énergie thermique fournie : 02 = pâme pâme=+ Ici nous avons supposé une machine thermique idéale, et ce coefficient vaut 1.

La deuxième manière est celle qui fut esthétiquement introduite la première. Elle compare l’énergie mécanique produite au flux d’entropie fournie par le ‘fourneau’ (la source chaude d’entropie) : (T + -T – ) I S = T + _ T pâme n 1 = = I E ,the ,ni T + SI T+A la deuxième égalité, nous avons utilisé le fait qu’il s’agisse = I E ,the T + SI T+ A la deuxième égalité, nous avons utilise le fait qu’il s’agisse ici d’un cycle de carton idéal où toute l’énergie thermique est transformée en énergie mécanique. 7 Remarque : la première définition d’efficacité correspond la notion d’exergue. 4 Cette efficacité fournit le maximum de puissance qui peut être fournie pour un flux d’entropie s’écoulant entre deux températures. 2. 3. 2 Pompes à chaleur et réfrigérateurs La machine de standing permet de montrer le fonctionnement d’une pompe à chaleur et d’un réfrigérateur. La machine thermique considérée jusqu’ avait un processus thermique naturel, la chute de l’entropie ‘une température élevée à une température plus basse.

Si au contraire on veut pomper de la chaleur, c’est-à-dire qu’on veut que de l’entropie remonte le ‘potentiel thermique’ (la température), il faut un apport d’énergie. On peut définir un coefficient de performance (CAP) d’un réfrigérateur ou d’une pompe à chaleur par . I E ,the (T + ) CAP = pâme Dans le cas de la machine thermique idéale, c’est-à-dire quand il n’ a pas d’irréversibilité (dissipation), l’entropie sortante est égale à l’entropie entrante, donc le travail Cette définition peut conduire à une impression fausse de ‘efficacité.

Il vaut mieux, comme pour les machines thermiques fournissant du travail, comparer la puissance thermique à la puissance mécanique : P n = the pâme Ici nous avons considéré une machine idéale, alors ce coefficient vaut 1. CAP – Exemple : chauffer de l’eau avec une pompe à chaleur On se propose de comparer deux manières de chauffer de l’eau. D’une part, on utilise une alimentation électrique pour chauffer de l’eau, avec disons, un corps de chauffe. D’autre part, on suppose qu’on a une pompe à chaleur idéale.

Commençons par cette dernière. Supposons 4 voir le traité de lucide borne 28 eu la pompe à chaleur requiert un flux d’énergie I E de 165 W. 5 Cette pompe tire de l’entropie du sol en hiver. Le sol est à une température T ? de +CC. Le flux d’entropie I S est calculé quand l’eau que l’on veut chauffer est à une température T + de CC, en supposant que la machine est (20 -2) 9. AI/K Quand l’eau atteint 1 OC, le courant d’entropie diminue. Le même calcul fournit I S = 1. AI / K .

Si au lieu d’utiliser une chaleur: AIE = tel S 165W = o. AI / K 20 + 273 Il y a donc plus de chaleur fournie, pour un travail mécanique égal, quand on utilise la pompe à chaleur. Pour mieux apprécier la différence entre es deux dispositifs, on peut estimer le flux d’énergie apporté à l’eau par le flux d’entropie fourni par la pompe chaleur : I E ,éthéré ,août +1 E +1 le = O SI – I E ,éthéré ,ni=T si AIE ,éthéré ,août – -(275 K (9. AI/K)+ 165W ) – -2690W Quand l’eau atteint I COCO, le courant d’énergie devient 627W.

Il est clairement avantageux d’utiliser une pompe à chaleur, du moment qu’elle peut fonctionner au voisinage d’un processus idéal ! 2. 3. 3 Deuxième principe de la thermodynamique Source d’entropie Nous avons considéré jusqu’ des machines dans lesquelles l’entropie est transportée sans dissipation. En règle générale, de l’entropie est créée dans la machine thermique. On se souviendra ce qu’est une grandeur conservée. Par exemple, la charge électrique est une grandeur conservée.

L’entropie n’est pas une grandeur conservée! Une situation physique simple sensibilisera à ce fait. Considérons un flux stationnaire de chaleur dans un barreau dont les bouts sont maintenus aux températures T + et T – . L’énergie étant conservée (premier principe), on a 5 Nous suivons ici fucus (p. 99). Le flux d’entropie sortant est plus grand que le flux entrant! Cela implique que de l’entropie a été produite dans le processus. Autrement dit, la condition de la chaleur est toujours un processus dissipation.