THERMODYNAMIQUEThermodynamique technique

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Application du second principe aux machines thermiques. Optimisation et énergie utilisable

Sous le rapport du second principe, il faut souligner l'influence sur le progrès des machines de la formule de Carnot donnant le rendement optimal des cycles moteurs sous la forme η = (T2 − T1)/T2. Dans le cas de la machine à vapeur, la température T1 est celle du milieu ambiant. La seule possibilité est alors d'avoir recours à une source chaude dont la température T2 soit aussi élevée que possible, d'où le développement de la technique des chaudières à haute pression, d'après la loi de Clapeyron (cf. thermodynamique – Lois fondamentales, chap. 3).

Pour les cycles inverses, le rendement optimal est encore fourni par la formule de Carnot. On l'écrit :

pour une machine frigorifique, c'est-à-dire lorsque la source chaude correspond au milieu ambiant, et :
pour une pompe de chaleur (pompe Kelvin), lorsque c'est la source froide T1 qui correspond au milieu ambiant. Dans les deux cas, on appelle plus volontiers puissance frigorifique spécifique et puissance calorifique spécifique ces rapports dont la valeur est généralement plus grande que l'unité.

En ce qui concerne les machines fonctionnant au moyen d'une seule source, appelées systèmes monothermiques, les moteurs à combustion interne par exemple, la formule des cycles ne convient pas comme base de comparaison. L'expression appropriée du travail utile optimal se déduit aussi du second principe, mais, cette fois, sous la forme du théorème de Maxwell-Gouy :

où T0 est la température absolue de l'unique thermostat extérieur, le milieu ambiant. On a donné le nom d'énergie utilisable et aussi celui de pouvoir énergétique à la quantité H − T0S qu'il convient de distinguer de l'énergie libre de Gibbs car elle n'est pas une fonction d'état puisqu'elle contient la température extérieure T0. Sous ce rapport, la dénomination plus récente d'exergie rencontrée parfois, prête à l'équivoque. Le rapport (Wu/Wmax) représente l'expression générale du rendement thermodynamique d'un système monothermique moteur. En première approximation, ce rapport cor [...]

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Carnot : cycle réversible

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  • : professeur émérite de la faculté des sciences à l'université de Bruxelles, président d'honneur de l'Institut international du froid, membre de l'Académie royale

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Pour citer l’article

Paul GLANSDORFF, « THERMODYNAMIQUE - Thermodynamique technique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 22 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/thermodynamique-thermodynamique-technique/