Thermodynamique.

1. Introduction

Un moteur ditherme, est un moteur thermique avec deux sources de chaleur. Cette machine thermique est un mécanisme faisant subir à un gaz des transformations cycliques.

Nous pouvons également rappeler/mentionner que :

• Le premier principe de la thermodynamique stipule que l’énergie est conservée
• Le second principe affirme qu’il n’est pas possible, dans le cas d’un processus cyclique, de transformer entièrement une quantité de chaleur, provenant d’une source à température unique, en travail.
• Une machine thermique doit disposer de deux sources de chaleur: une chaude et une froide, pour pouvoir fournir un certain travail
• La chaleur peut ainsi passer de la source chaude vers la source froide et une partie sera alors convertie en travail                                                                         => principe de fonctionnement d’une machine thermique

1. Déroulement de l’expérience :

Nous allons dans un premier temps effectuer une dilatation isobare (pression constante). Pour ce faire, nous allons simplement dilater un certain volume  de gaz en maintenant la pression constante (isobare). Puis grâce aux mesures, nous pourront calculer le travail fourni par le gaz.

Pour la seconde partie, nous essayerons de produire un cycle moteur en commençant par une compression adiabatique, suivie d’une dilatation isobare, puis d’une dilatation adiabatique et enfin d’une compression isobare. Nous essayerons également de déterminer le travail fourni par la machine ainsi que son rendement.

A noter que pour réaliser cette expérience, nous disposons :

• D’un jeu de masses :
• D’un réservoir métallique plongé dans l’eau
• D’un tube cylindrique gradué dans lequel peut se déplacer sans frottement un piston de masse mp (correspondant à l’appareil PASCO TD 8572)

• De deux sondes et d’un thermomètre

Par ailleurs, la graduation du tube permet de déterminer le volume d’air emprisonné sous le piston

Ce volume est relié, grâce à des tubes en plastique, à un réservoir métallique contenant de l’air

On peut faire varier la température de l’air enfermé dans le réservoir en plongeant ce dernier dans un ou plusieurs vases Dewar

Les vases Dewar contiennent de l’eau à des températures fixées

On peut aussi modifier la pression de l’air enfermée sous le piston en plaçant, sur un support, différentes masses

Le support est un plateau connecté au piston par une tige  

1. Rappel Théorique

Dans le cadre de cette expérience, les principales notions à savoir sont celles du premier principe de la thermodynamique qui s’exprime de la manière suivante :

[pic 1]

Avec :

Q : la quantité de chaleur en Joules. (Remarque si Q>0, alors la chaleur est reçue)

ΔU : l’énergie interne égale à 5/2*n*R*ΔT en Joules.

W : le travail fournit par le système en Joules. (Si W>0, alors le travail est fourni par la machine)

De plus, dans le cas d’une machine thermique ditherme, on définit Q1 comme la chaleur fournie par la source chaude, Q2 la chaleur fournie à la source froide et W le travail fournit par le système. Nous obtenons suivant la convention de signe :

[pic 2]

Le rendement, e, de cette machine est le rapport entre l’énergie que l’on a fourni à la machine sous forme de travail, W et ce que l’on a récupéré sous forme de chaleur, Q1 :

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