Machines Thermiques Cycliques Dithermes Flashcards
Que sont les «machines» que l’on étudie ?
Qu’est-ce que le troisième principe de la thermodynamique ?
T → 0 lorsque S → 0
Que peut-on dire de ωu_cycle et ω_cycle
ωu_cycle = ω_cycle, car du = dh = 0
Montrer que ωu_cycle = ω_cycle
Δu_cycle = 0*
Dans un compresseur ou une turbine adiabatique, donner l’expression de wu en fonction de w puis justifier (c’est une étape pas un cycle)
Exprimer la chaleur massique transférée dans un échangeur thermique
Exprimer Δh, dans un compresseur ou une turbine adiabatique, ou dans un échangeur thermique
Quelle est la grandeur utilisée pour les cycles ?
h
Qu’entend-on par un «cycle réversible» ?
C’est un cycle où toutes les transformations sont réversibles
Énoncer, puis justifier, l’inégalité de Carnot Clausius, ainsi que son cas de saturation
Que peut-on dire de ωu dans un moteur ?
But d’un moteur : convertir q en ω : on chauffe pour faire bouger
Quelles sont les quatre caractéristiques d’un moteur ?
Logique : on chauffe pour apporter de l’énergie (qC > 0), cette énergie est utilisée pour créer un mouvement (ωu < 0) et le reste est refroidi pour recommence (qF < 0 mais |qF|<qC car il y a déjà une partie qui a servie à créer le mouvement)
Montrer que
En utilisant un diagramme de Raveau
Exprimer le rendement pour un cycle moteur
Montrer qu’il n’existe pas de moteur cyclique monotherme
Lorsqu’on manie des inégalités avec qC et qF, à quoi faut-il faire attention ?
Attention aux signes de qC et qF lorsqu’on divise/multiplie !
Exprimer le théorème de Carnot moteur
Montrer le théorème de Carnot moteur
Représenter le cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques) en diagramme de Clapeyron
Dans quel sens un cycle moteur est-il décrit sur un diagramme ?
Dans le sens horaire
(Moteur à l’heure)
Représenter le cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques) dans un diagramme entropique
Que peut-on dire des aires d’un cycle dans un diagramme de Clapeyron et dans un diagramme isentropique ?
Quelles transformations peut-on considérer quasi statiques ?
Les transformations isothermes et isobares
Calculer le rendement dans un cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques)
Qu’appelle-t-on qC dans un moteur ?
C’est la somme des q positifs
Qu’appelle-t-on qF dans un moteur ?
C’est la somme des q négatifs
Représenter le cycle de Joule (2 isentropiques et de 2 isobares) en diagramme de Clapeyron
Représenter le cycle de Joule (2 isentropiques et de 2 isobares) en diagramme isentropique
Déterminer ω, q, Δu, Δh, Δs pour la transformation 1 → 2, en fonction de T1 et de x = P2/P1
Exprimer Q à pression constante
Q = ΔH
Exprimer Q à volume constant
Q = ΔU
Déterminer ω, q, Δu, Δs pour la transformation 2 → 3, en fonction de T2 et T3
Déterminer le rendement en fonction de x = P2/P1
1 - x^((γ-1)/γ)*
Représenter le diagramme entropique pour le cycle 1,2,3,4 et calculer son rendement, en fonction de x = v1/v2
Dans un cycle d’Otto, cycle Diesel, on enchaine quatre transformations : une compression adiabatique réversible, une détente isobare, une détente adiabatique réversible, une détente isochore, tracer le cycle en diagramme de Clapeyron puis en diagramme isentropique
y=P3/P4*
Dans un cycle moteur, quelle source correspond à l’évaporateur ? Et au condensateur ?
Représenter le cycle de Carnot (2 isentropiques et 2 isothermes) moteur avec changement d’état en diagramme entropique
Pour les cycles avec changement d’état quels sont les diagrammes que l’on utilise ?
Diagramme entropique (T,s) et diagramme enthalpique (P,h)
Représenter une isotherme dans un diagramme enthalpique
Presque vertical en phase gaz et en phase condensée car dh = cP.dT ou dh = c.dT, mais ce sont des approximations donc pas complètement vertical
Exprimer le théorème des moments pour h(T)
Quelle est la signification physique de l’aire du diagramme (P,h) ?
Elle n’en a pas
Représenter le cycle de Carnot moteur (2 isentropiques et 2 isothermes) en diagramme (P,h)
Calculer le rendement du cycle moteur de Carnot avec changement d’état, disposant de ces représentations :
Peut-on utiliser la loi de Laplace lors des changements d’états ?
Non ! Uniquement pour les gazs
Déterminer le rendement en disposant d’un diagramme (P,h) avec des valeurs numériques, sachant qu’il n’y a pas de pièces mobile dans un évaporateur et dans un condensateur
Comment procéder lorsqu’on a un titre massique dans une formule et qu’on ne le connait pas ?
On utilise le théorème des moments (sur une grandeur où on connaît tout)
Quel est le risque dans ce cycle de Rankine ? Comment y remédier ?
On voit qu’il y a un mélange liquide/vapeur qui arrive dans le condenseur (point 4), donc un risque de corrosion. Pour un remédier on peut ajouter juste avant la turbine (transformation 3) un «surchauffeur» isobare, de sorte à obtenir une vapeur saturante sèche en 4
Lorsqu’on a tracé des cycles et qu’on calcule certaines valeurs de variables ou de fonctions d’état, que faut-il faire à l’arrivée ?
Vérifier la cohérence (supérieur ou inférieur aux autres valeurs, proche ou éloigné, cohérent avec le domain d’état, etc…)
Quelles sont les trois caractéristiques d’une machine frigorifique ?
On apporte du travail pour réchauffer le chaud/refroidir le froid
Exprimer l’efficacité d’une pompe à chaleur, d’un climatiseur et d’un réfrigérateur, puis justifier
Qu’est-ce que le théorème de Carnot frigorifique pour une pompe à chaleur ?
Qu’est-ce que le théorème de Carnot frigorifique pour un climatiseur ?
Tracer le diagramme P,v
Lors d’un compression isotherme, comment varie l’entropie et pourquoi ?
L’entropie diminue, car les molécules sont toujours autant agitées mais ont «moins de place» pour s’agiter
Tracer les diagramme (T,s) et (P,v) pour ce cycle de Joule frigorifique
Calculer e si ce cycle modélise une pompe à chaleur, en fonction de x=P2/P1
Pour un cycle frigorifique avec changements d’état, muni d’un vaporisateur et d’un condensateur au moins, comment utilise-t-on ces deux composants ?
Justif
Déterminer l’efficacité si ce cycle modélise une pompe à chaleur
Déterminer l’efficacité en pompe à chaleur, si l’on a des valeurs numériques sur les graphiques
Déterminer l’efficacité si ce cycle modélise une pompe à chaleur, si l’on a pas de valeur numérique sur les graphiques mais que l’on nous donne hV et hL aux températures TF et TC, et P1 et P2
A quel moment s’arrête la réaction ?
À t tel que : TC(t) = TF(t)
À quoi sert une machine thermique ?
À convertir de la chaleur en travail ou du travail en chaleur
Comment marche une machine frigorifique ?
On met un fluide froid qui prend de la chaleur à la source froide, puis on chauffe avec une «pompe» ou n’importe quel composant (qui apporte du travail) de sorte à ce que de la chaleur soit retransmise à la source chaude
Que vaut q dans une isotherme ?
Justif
q = TΔs
Car Δs = q/T + sc
Et sc = 0, car isotherme ⇒ réversible
Donc, q = TΔs
Exprimer en justifiant δQ dans une phase condensée, de trois manières différentes
δQ=dU=dH=C.dT, car une phase condensée est indéformable, donc le travail des forces de pression est nul
A quel moment sait-on en physique qu’il faut raisonner sur les petites variations/petites quantités ? Par rapport au temps
Lorsqu’on a une grandeur qui varie au cours du temps et que nos formules ne sont valables que lorsque cette grandeur est fixée
Pourquoi a-t-on ωcycle = - qF - qC ?
Car du = 0
Quel est l’intérêt d’un vaporisateur ? D’un condensateur ?
- vaporisateur : prend de l’énergie (vaporiser nécessite un apport d’énergie)
- condensateur : donne de l’énergie (inverse)
Comment savoir à quelle étape on a qF et à quelle étape on a qC ?
- Regarder d’abord s’il y a des transformations isentropiques, car q=0 et ça ne peut être ni qF ni qC
- Regarder ensuite quelle transformation se fait à TF, c’est pour elle qu’on a qF, et laquelle se fait à TC, c’est pour elle qu’on a qC
Comment appelle-t-on cette inégalité ?
Inégalité de Carnot Clausius
Qu’est-ce en fait que l’inégalité de Carnot-Clausius ?
C’est juste dire dS = 0 dans un cycle et δSc ≥ 0, rien de nouveau…
