Machines Thermiques Cycliques Dithermes

Question 1

Que sont les «machines» que l’on étudie ?

Answer 1

Question 2

Qu’est-ce que le troisième principe de la thermodynamique ?

Answer 2

T → 0 lorsque S → 0

Question 3

Que peut-on dire de ωu_cycle et ω_cycle

Answer 3

ωu_cycle = ω_cycle, car du = dh = 0

Question 4

Montrer que ωu_cycle = ω_cycle

Answer 4

Δu_cycle = 0*

Question 5

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)

Answer 5

Question 6

Exprimer la chaleur massique transférée dans un échangeur thermique

Answer 6

Question 7

Exprimer Δh, dans un compresseur ou une turbine adiabatique, ou dans un échangeur thermique

Answer 7

Question 8

Quelle est la grandeur utilisée pour les cycles ?

Answer 8

h

Question 9

Qu’entend-on par un «cycle réversible» ?

Answer 9

C’est un cycle où toutes les transformations sont réversibles

Question 10

Énoncer, puis justifier, l’inégalité de Carnot Clausius, ainsi que son cas de saturation

Answer 10

Question 11

Que peut-on dire de ωu dans un moteur ?

Answer 11

But d’un moteur : convertir q en ω : on chauffe pour faire bouger

Question 12

Quelles sont les quatre caractéristiques d’un moteur ?

Answer 12

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)

Question 13

Montrer que
En utilisant un diagramme de Raveau

Answer 13

Question 14

Exprimer le rendement pour un cycle moteur

Answer 14

Question 15

Montrer qu’il n’existe pas de moteur cyclique monotherme

Answer 15

Question 16

Lorsqu’on manie des inégalités avec qC et qF, à quoi faut-il faire attention ?

Answer 16

Attention aux signes de qC et qF lorsqu’on divise/multiplie !

Question 17

Exprimer le théorème de Carnot moteur

Answer 17

Question 18

Montrer le théorème de Carnot moteur

Answer 18

Question 19

Représenter le cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques) en diagramme de Clapeyron

Answer 19

Question 20

Dans quel sens un cycle moteur est-il décrit sur un diagramme ?

Answer 20

Dans le sens horaire

(Moteur à l’heure)

Question 21

Représenter le cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques) dans un diagramme entropique

Answer 21

Question 22

Que peut-on dire des aires d’un cycle dans un diagramme de Clapeyron et dans un diagramme isentropique ?

Answer 22

Question 23

Quelles transformations peut-on considérer quasi statiques ?

Answer 23

Les transformations isothermes et isobares

Question 24

Calculer le rendement dans un cycle de Carnot (2 isothermes et 2 isentropiques)

Answer 24

Question 25

Qu’appelle-t-on qC dans un moteur ?

Answer 25

C’est la somme des q positifs

Question 26

Qu’appelle-t-on qF dans un moteur ?

Answer 26

C’est la somme des q négatifs

Question 27

Représenter le cycle de Joule (2 isentropiques et de 2 isobares) en diagramme de Clapeyron

Answer 27

Question 28

Représenter le cycle de Joule (2 isentropiques et de 2 isobares) en diagramme isentropique

Answer 28

Question 29

Déterminer ω, q, Δu, Δh, Δs pour la transformation 1 → 2, en fonction de T1 et de x = P2/P1

Answer 29

Question 30

Exprimer Q à pression constante

Answer 30

Q = ΔH

Question 31

Exprimer Q à volume constant

Answer 31

Q = ΔU

Question 32

Déterminer ω, q, Δu, Δs pour la transformation 2 → 3, en fonction de T2 et T3

Answer 32

Question 33

Déterminer le rendement en fonction de x = P2/P1

Answer 33

1 - x^((γ-1)/γ)*

Question 34

Représenter le diagramme entropique pour le cycle 1,2,3,4 et calculer son rendement, en fonction de x = v1/v2

Answer 34

Question 35

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

Answer 35

Question 36

y=P3/P4*

Answer 36

Question 37

Dans un cycle moteur, quelle source correspond à l’évaporateur ? Et au condensateur ?

Answer 37

Question 38

Représenter le cycle de Carnot (2 isentropiques et 2 isothermes) moteur avec changement d’état en diagramme entropique

Answer 38

Question 39

Pour les cycles avec changement d’état quels sont les diagrammes que l’on utilise ?

Answer 39

Diagramme entropique (T,s) et diagramme enthalpique (P,h)

Question 40

Représenter une isotherme dans un diagramme enthalpique

Answer 40

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

Question 41

Exprimer le théorème des moments pour h(T)

Answer 41

Question 42

Quelle est la signification physique de l’aire du diagramme (P,h) ?

Answer 42

Elle n’en a pas

Question 43

Représenter le cycle de Carnot moteur (2 isentropiques et 2 isothermes) en diagramme (P,h)

Answer 43

Question 44

Calculer le rendement du cycle moteur de Carnot avec changement d’état, disposant de ces représentations :

Answer 44

Question 45

Peut-on utiliser la loi de Laplace lors des changements d’états ?

Answer 45

Non ! Uniquement pour les gazs

Question 46

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

Answer 46

Question 47

Comment procéder lorsqu’on a un titre massique dans une formule et qu’on ne le connait pas ?

Answer 47

On utilise le théorème des moments (sur une grandeur où on connaît tout)

Question 48

Quel est le risque dans ce cycle de Rankine ? Comment y remédier ?

Answer 48

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

Question 49

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 ?

Answer 49

Vérifier la cohérence (supérieur ou inférieur aux autres valeurs, proche ou éloigné, cohérent avec le domain d’état, etc…)

Question 50

Quelles sont les trois caractéristiques d’une machine frigorifique ?

Answer 50

On apporte du travail pour réchauffer le chaud/refroidir le froid

Question 51

Exprimer l’efficacité d’une pompe à chaleur, d’un climatiseur et d’un réfrigérateur, puis justifier

Answer 51

Question 52

Qu’est-ce que le théorème de Carnot frigorifique pour une pompe à chaleur ?

Answer 52

Question 53

Qu’est-ce que le théorème de Carnot frigorifique pour un climatiseur ?

Answer 53

Question 54

Tracer le diagramme P,v

Answer 54

Question 55

Lors d’un compression isotherme, comment varie l’entropie et pourquoi ?

Answer 55

L’entropie diminue, car les molécules sont toujours autant agitées mais ont « moins de place » pour s’agiter

Question 56

Tracer les diagramme (T,s) et (P,v) pour ce cycle de Joule frigorifique

Answer 56

Question 57

Calculer e si ce cycle modélise une pompe à chaleur, en fonction de x=P2/P1

Answer 57

Question 58

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

Answer 58

Question 59

Déterminer l’efficacité si ce cycle modélise une pompe à chaleur

Answer 59

Question 60

Déterminer l’efficacité en pompe à chaleur, si l’on a des valeurs numériques sur les graphiques

Answer 60

Question 61

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

Answer 61

Question 62

A quel moment s’arrête la réaction ?

Answer 62

À t tel que : TC(t) = TF(t)

Question 63

À quoi sert une machine thermique ?

Answer 63

À convertir de la chaleur en travail ou du travail en chaleur

Question 64

Comment marche une machine frigorifique ?

Answer 64

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

Question 65

Que vaut q dans une isotherme ? Justif

Answer 65

q = TΔs Car Δs = q/T + sc Et sc = 0, car isotherme ⇒ réversible Donc, q = TΔs

Question 66

Exprimer en justifiant δQ dans une phase condensée, de trois manières différentes

Answer 66

δQ=dU=dH=C.dT, car une phase condensée est indéformable, donc le travail des forces de pression est nul

Question 67

A quel moment sait-on en physique qu’il faut raisonner sur les petites variations/petites quantités ? Par rapport au temps

Answer 67

Lorsqu’on a une grandeur qui varie au cours du temps et que nos formules ne sont valables que lorsque cette grandeur est fixée

Question 68

Pourquoi a-t-on ω_cycle = - qF - qC ?

Answer 68

Car du = 0

Question 69

Quel est l’intérêt d’un vaporisateur ? D’un condensateur ?

Answer 69

- vaporisateur : prend de l’énergie (vaporiser nécessite un apport d’énergie) - condensateur : donne de l’énergie (inverse)

Question 70

Comment savoir à quelle étape on a qF et à quelle étape on a qC ?

Answer 70

- 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 T_F, c’est pour elle qu’on a qF, et laquelle se fait à T_C, c’est pour elle qu’on a qC

Question 71

Comment appelle-t-on cette inégalité ?

Answer 71

Inégalité de Carnot Clausius

Question 72

Qu’est-ce en fait que l’inégalité de Carnot-Clausius ?

Answer 72

C’est juste dire dS = 0 dans un cycle et δSc ≥ 0, rien de nouveau…