Cycle de Carnot

Aucune machine, fonctionnant entre deux sources de chaleur données, ne peut être plus efficace qu’une machine de Carnot fonctionnant entre les deux sources précédantes.

Le cycle de Carnot est défini par l’ hypothèse suivante :

Il n’y a pas d’irréversibilité, ni dans les compressions, ni dans les détentes, ni dans les transformations de fluide.

Ce cycle n’est donc pas possible pratiquement car toute transformation de chaleur en travail est irréversible.

Autrement dit, ce cycle contredit de second principe de la thermodynamique.

Rendement d’une machine et rendement de Carnot.

Le rendement d’une machine est égal au quotient de l’énergie mécanique qu’elle fourni par l’énergie thermique qu’elle reçoit.

rendement = (Qc-Qf) / Qc

avec Qc chaleur fournie par la source chaude

et Qf chaleur perdue à la source froide.

Avec les hypothèses de Carnot ce rapport est identique à celui des températures absolues :

rendement = (Tc-Tf) / Tc

avec Tc température de la la source chaude

et Tf température de la source froide.

Le cycle de Carnot est utile pour comparer le cycle réel et le cycle idéal. Il permet d’évaluer un cycle.

On visualise les pertes par irréversibilités en superposant le cycle réel et le cycle de Carnot sur un diagramme T-S

Cycle de carnot sur un diagramme TS ; Les compressions et les détentes sont représentées par des verticales car il n’y a pas d’irréversibilités.

Les compressions et les détentes sont représentées par des verticales, ce qui signifie que la variation d’entropie est nulle, c’est à dire qu’il n’y a pas d’irréversibilités.

La surface entre les températures de sources chaudes et froides représente l’énergie mécanique utile.

Dans le diagramme TS, une machine réelle a une surface utile de cyle plus petite que celle de la machine de Carnot.

Le rapport entre le rendement réel et celui de Carnot a été nommé "efficacité énergétique". Il existe un concept plus judicieux : l’exergie.

En l’améliorant cette efficacité, on peut augmenter l’efficacité motrice d’une machine sans élever la différence de température à ces bornes. Cela revient à réduire au maximum les frottements, à éviter de perturber les écoulements et de bannir tout choc thermique.

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