THERMODYNAMIQUEThermodynamique technique

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Diagrammes d'état. Cycles et pseudocycles usuels

Le diagramme thermodynamique pression-volume, dénommé diagramme de Clapeyron, ou en bref diagramme (p, V), est manifestement le plus simple à interpréter à partir de connaissances élémentaires. De plus, son analogie avec les relevés de l'indicateur de Watt ont répandu son emploi depuis le début de l'ère des machines à pistons. Néanmoins il est loin d'être le plus commode et le plus instructif pour qui est quelque peu familiarisé avec la seconde loi de la thermodynamique. Cette réflexion, déjà inspirée à J. W. Gibbs semble bien avoir été le stimulant initial en faveur de l'élaboration de son important mémoire consacré aux diagrammes et aux surfaces thermodynamiques. Les constructions géométriques qu'il a fait connaître ont largement contribué à répandre l'usage des méthodes graphiques dans cette discipline.

Sous ce rapport, le diagramme température-entropie, appelé aussi diagramme entropique ou diagramme (T, S), mérite quelques commentaires. Ainsi que le montre la figure, le cycle réversible de Carnot qui assure le rendement optimum d'une machine fonctionnant entre deux températures données T1 et T2, y est représenté par un simple rectangle. En outre, l'aire de ce rectangle mesure le travail accompli au cours du cycle, alors que l'aire 1-2-5-6, étendue jusqu'au zéro absolu, mesure la chaleur fournie par la source chaude T2. Il en résulte enfin que le rendement moteur s'interprète graphiquement par le rapport du segment 1-4 au segment 1-6. Cette propriété est générale car indépendante de la nature du milieu en évolution. Elle s'applique en outre à tous les cycles réversibles, comme on peut l'observer sur la figure. Le travail y est encore mesuré par l'aire de la boucle et la chaleur fournie par l'aire 6-1-2-3-5, tandis que la représentation du rendement correspond ici au rapport de ces deux aires.

Carnot : cycle réversible

Dessin : Carnot : cycle réversible

Dessin

Représentation du cycle réversible de Carnot dans le diagramme (T, S). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Cycle réversible

Dessin : Cycle réversible

Dessin

Représentation d'un cycle réversible quelconque dans le diagramme (T, S). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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D'autre part, l'application du diagramme entropique au domaine des gaz parfaits, où il porte le nom de diagramme de Stodola conduit directement à la construction graphique exposée à l'ar [...]

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Carnot : cycle réversible

Carnot : cycle réversible
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Cycle réversible

Cycle réversible
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Cycle de Rankine-Hirne

Cycle de Rankine-Hirne
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

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