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2.3 Machines thermiques

334, 383, 335, 384 : modèles de moteurs

367 : moteur à dépression

Nous avons essayé de développer une intuition physique de l’existence d’une grandeur extensive, l’entropie, qui permette de décrire les processus thermiques. L’entropie peut être échangée entre deux systèmes, produite par des processus irréversibles et stockée dans des corps. Nous voulons maintenant affiner notre compréhension du rapport entre entropie et énergie. Nous allons faire appel au second principe de la thermodynamique et examiner le cycle de Carnot, en gardant l’intuition basée sur l’image des chutes d’eau. Nous ferons usage du premier principe dont nous avons le sens par extension du principe de conservation de l’énergie mécanique.

Démonstrations d’auditoire: - 342 : machine à vapeur - 367 : moteur à dépression - 334, 383, 335, 384 : moteurs - 350 : moteur à deux sources (oiseau) - 393 : moteur de Stirling (historique) - bateau à vapeur (jouet)

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393

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2.3.1 Cycle de Carnot
On imagine une machine thermique idéale reçoit de l’entropie à la source chaude de telle manière qu’aucune perte n’a lieu dans ce transfert. On verra plus loin dans ce chapitre qu’un transport de chaleur entre des endroits à des températures différentes implique une production interne d’entropie. Carnot ayant réalisé ce point, imagina une machine dont le gaz amené à la température d’une source chaude, y prend de l’entropie et la restitue à une source froide après une transformation qui ajuste la température du gaz à celle de la source froide. Une fois l’entropie évacuée, le gaz subit une transformation qui ajuste sa température à celle de la source chaude. Un cycle est ainsi formé qui peut être répété. Les branches du cycle quand la température est changée, ont lieu sans échange de chaleur. Ainsi, le cycle de Carnot comporte deux passages dit « adiabatiques » (S inchangé) et deux isothermes (T