Une machine thermique est un mécanisme permettant d'effectuer un travail à l'aide d'une source de chaleur. La théorie des machines thermiques s'attache à la description et à l'étude physique de certains systèmes thermodynamiques qui permettent de transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, et vice versa. Fondée au milieu du XIXe siècle, elle s'appuie sur la thermodynamique, et en particulier sur ses deux premiers principes.
Sommaire
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1 Naissance 2 Fondements théoriques 2.1 Premier principe 2.2 Inégalité de Clausius 3 Efficacité et rendement d'une machine thermique 4 Exemples de machines thermiques 5 Voir aussi 5.1 Articles connexes

Naissance[modifier]

C'est le désir de mettre en équation les machines thermiques (avec Carnot notamment) qui est à l'origine de la thermodynamique et en particulier du premier et du second principe. Selon Feynman dans son Cours de Physique, il s'agirait d'un des rares cas où les sciences de l'ingénieur ont permis une avancée importante de la physique fondamentale.
Fondements théoriques[modifier]
Premier principe[modifier]

Le premier principe de la thermodynamique relie le travail mécanique à la chaleur et à l'énergie mécanique d'un système. Si le système est capable d'effectuer des cycles, la variation d'énergie entre deux cycles successifs est nulle :

ΔE = W + Q = 0

Cycle d'une machine ditherme

Le travail et la chaleur étant liées, on peut, en contrôlant l'une de ces variables, influencer l'autre. Dans le cas général, le fluide des machines thermiques est au contact de sources thermiques, de différentes températures T1,T2,...,Tn qui fournissent des chaleurs Q1,Q2,...,Qn; et reçoivent un travail W. On algébrise ces valeurs vu du fluide : Qi est positif si le transfert s'effectue de la source vers le fluide, négatif dans le cas contraire.

On nommera la machine thermique en fonction du signe de W :

moteur si W < 0. récepteur si