THERMODYNAMIQUE Thermodynamique technique
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- Écrit par Paul GLANSDORFF
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
Encyclopædia Universalis France
Cycle réversible
Encyclopædia Universalis France
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'article entropie. La famille des isobares (pression constante) ainsi que celle des isomètres (ou isochores, volume constant), obtenues à partir de l'une d'entre elles par simple déplacement parallèle à l'axe des abscisses, forment un réseau d'exponentielles ayant respectivement pour sous-tangente les capacités calorifiques Cp et Cv supposées constantes dans la région envisagée. C'est ainsi notamment que le cycle de Joule défini au moyen de deux isobares et de deux adiabatiques réversibles (S = Cte) s'y représente sans difficulté. Il a connu un regain d'intérêt par suite de l'important développement de l'industrie des turbines à gaz.
Cycle de Rankine-Hirne
Encyclopædia Universalis France
Dans le domaine des vapeurs condensables, ce même type de cycle porte le nom de Rankine ou de Rankine-Hirn, selon que la vaporisation est arrêtée à la sortie de la chaudière (cf. de saturation sèche ; cas de la machine à pistons), ou qu'elle est prolongée par une surchauffe supplémentaire (point 5, cas de la turbine). La position de ce dernier point doit permettre d'accomplir la détente adiabatique ultérieure 5-6, à l'abri de toute manifestation de condensation. En effet, la vitesse généralement considérable atteinte par la vapeur au cours de sa détente provoquerait fatalement une dangereuse abrasion du métal des parois par suite de la projection violente des gouttelettes engendrées.
Dans le cas fréquent où le volume spécifique du liquide est négligeable devant celui de la vapeur en équilibre, le travail utile de compression (Vliq Δp) par unité de masse, consommé par la pompe d'alimentation de la chaudière, l'est également. Dès lors, les points 1 et 2 de la figure sont régulièrement confondus dans les diagrammes[...]
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Écrit par
- Paul GLANSDORFF : 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
Classification
Pour citer cet article
Paul GLANSDORFF. THERMODYNAMIQUE - Thermodynamique technique [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
Médias
Carnot : cycle réversible
Encyclopædia Universalis France
Cycle réversible
Encyclopædia Universalis France
Cycle de Rankine-Hirne
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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THERMODYNAMIQUE (notions de base)
- Écrit par Bernard DIU
- 6 036 mots
De nos jours, on peut définir la thermodynamique comme la science des propriétés et des processus qui mettent en jeu la température et la chaleur.
Le nom de « thermodynamique » associe les deux mots grecs thermon (chaleur) et dynamis (puissance). Le but premier de la discipline, explicitement...
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BOLTZMANN LUDWIG (1844-1906)
- Écrit par Pierre COSTABEL
- 1 634 mots
- 1 média
À partir de ce deuxième principe, Loschmidt a présenté à Boltzmann une objection redoutable, souvent reprise depuis lors, et qui consiste à affirmer l'impossibilité de faire sortir des équations réversibles de la mécanique une interprétation des processus irréversibles de la thermodynamique. Boltzmann... -
CARNOT SADI (1796-1832)
- Écrit par Robert FOX
- 841 mots
- 1 média
Fils aîné de Lazare Carnot, « l'Organisateur de la Victoire », Nicolas Léonard Sadi Carnot est un des pionniers de la thermodynamique. Son unique publication, les Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, ignorée de son temps...
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CHALEUR
- Écrit par Paul GLANSDORFF
- 985 mots
La première tentative d'interprétation physique assimilait la chaleur à un fluide dit subtil et indestructible dénommé le calorique, répandu partout au sein de la matière. Son passage d'un corps à un autre était notamment responsable du refroidissement du premier et de l'échauffement du second....
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CLAUSIUS RUDOLF (1822-1888)
- Écrit par Robert FOX
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Rudolf Julius Emanuel Clausius, l'un des plus grands physiciens du xixe siècle, est connu principalement pour sa contribution à l'étude de la thermodynamique. Le premier, ce savant allemand formula ce qu'on a coutume d'appeler le deuxième principe et proposa une définition claire de l'...
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