La thermodynamique technique applique les premier et second principes aux machines thermiques. La liquéfaction des gaz, l'industrie frigorifique, le fonctionnement des pompes à chaleur, la climatisation, les moteurs à combustion, etc., sont autant de domaines concernés par ces lois, et les diagrammes et cycles qu'on peut en déduire.
1. Application du premier principe aux machines thermiques. Travail utile et détente de Joule-Thomson
Au point de vue de la thermodynamique, une machine thermique est un système ouvert, car elle comporte généralement une section d'entrée A et une section de sortie B pour le fluide en évolution. Le travail correspondant ΔpV = pBVB − pAVA, fourni par la machine, s'ajoute algébriquement au travail utile Wu pour lequel elle a été conçue. Il en résulte que, dans un système unifié d'unités, le principe de conservation de l'énergie s'écrit pour un fonctionnement stationnaire (ou bien pour un fonctionnement périodique si les grandeurs représentent des valeurs moyennes prises sur un nombre entier de périodes) :
Ici, Q désigne la chaleur fournie par le milieu extérieur et ΔΩ est l'accroissement d'énergie potentielle entre A et B. Cette dernière est généralement négligeable dans le cas des gaz et des vapeurs. D'autre part, selon que Wu est positif ou négatif, la machine thermique est dite motrice ou opératrice. Pour une tuyère de détente, la vitesse rapidement croissante du fluide permet de considérer l'évolution comme pratiquement adiabatique (dQ = 0). On a de plus Wu = 0 si la tuyère est fixe, et la relation (23) se simplifie sous la forme :
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