Cycle de Carnot
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En thermodynamique, le cycle de Carnot est le processus cyclique réversible de la machine de Carnot. Cette machine produit du travail (c'est un moteur) à partir de deux sources de chaleur de température différentes. Un gaz, considéré comme parfait, subit des transformations caractéristiques pour fournir du travail mécanique.
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[modifier] Description du cycle
Carnot cherchait à faire un cycle avec la meilleure efficacité[1] possible. Ainsi chaque efficacité d'une machine thermodynamique peut être comparée avec l'efficacité du cycle de Carnot. Il sert de cycle de référence.
Le cycle est composé de 4 processus ( 2 isothermes et 2 isoentropiques) :
- 1 : Compression adiabatique réversible
- 2 : Détente isotherme
- 3 : Détente adiabatique réversible
- 4 : Compression isotherme
Le deuxième principe de la thermodynamique permet d'établir pour une transformation réversible (car le fluide est à la température de la source), l'égalité de Clausius-Carnot :
avec:
- Qf transfert thermique avec la source froide (compté négativement).
- Qc transfert thermique avec la source chaude (compté positivement).
- Tf température absolue de la source froide.
- Tc température absolue de la source chaude.
[modifier] L'efficacité de Carnot
De nombreux systèmes thermodynamiques ont une efficacité définie à partir de celui du Cycle de Carnot, qui est un cycle purement théorique :
Atot = A1,2 + A2,3 + A3,4 + A4,1 et Qc = chaleurs positives
Donc pour chaque processus :
- 1-2 :
- Q1,2 = 0 = A1,2 + δU1,2
- d'où :
- 2-3 :
- δU2,3 = 0 car isotherme
- 3-4 :
- Q3,4 = 0 = A3,4 + δU3,4
- d'où :
- 4-1 :
- δU4,1 = 0 car isotherme
Donc :
Mais nous avons l'équation d'état du processus adiabatique : d'où :
- 1-2 :
- 3-4 :
Et donc le rapport : donc : et finalement
En incorporant ceci dans l'équation de l'efficacité on obtient :
donc pour obtenir une efficacité de 100%, il faut que soit égal à 0 donc que Tf soit égal à 0K soit -273,15°C.
[modifier] Notes et références
- ↑ L'efficacité thermodynamique est le rapport de ce qui est récupéré sur ce qui a été dépensé. Elle est très souvent confondue avec le rendement qui est le rapport entre l'efficacité réelle et l'efficacité théorique maximale de la machine.