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Physique · 术语表

什么是 Machine thermodynamique?

Définition 24.1 Physique universitaire — 1re année · 第 24 章 — Moteurs et machines thermiques

Une machine thermodynamique est un système fermé (le fluide) que l’on fait décrire un cycle, de sorte qu’il revient périodiquement au même état, tout en échangeant un travail WW avec l’extérieur et des chaleurs QiQ_i avec des sources aux températures TiT_i — des thermostats, dont l’échange ne modifie pas la température. Une machine ditherme utilise deux thermostats : la source chaude à ThT_h et la source froide à Tc<ThT_c < T_h. C’est un moteur si elle fournit du travail (W<0W < 0), un réfrigérateur si elle est entraînée (W>0W > 0) pour prélever de la chaleur à la source froide, une pompe à chaleur si elle est entraînée pour en céder à la source chaude. Toutes les grandeurs sont comptées sur un cycle, algébriquement, comme reçues par le fluide.

Les deux sens de parcours d’un cycle ditherme. À gauche : le moteur prend de la chaleur à la source chaude, en rejette une partie à la source froide et fournit la différence en travail. À droite : la même machine entraînée à l’envers pompe la chaleur du froid vers le chaud ; c’est un réfrigérateur si l’on veut Q_c, une pompe à chaleur si l’on veut |Q_h|.
Les deux sens de parcours d’un cycle ditherme. À gauche : le moteur prend de la chaleur à la source chaude, en rejette une partie à la source froide et fournit la différence en travail. À droite : la même machine entraînée à l’envers pompe la chaleur du froid vers le chaud ; c’est un réfrigérateur si l’on veut QcQ_c, une pompe à chaleur si l’on veut ∣Qh∣|Q_h|.

示例

Exemple 24.6 (Trois nombres)

Une turbine à vapeur entre Th=800 KT_h = 800\,\mathrm{K} et une rivière à Tc=300 KT_c = 300\,\mathrm{K} : ηC=0.625\eta_C = 0.625 ; les centrales réelles atteignent environ 0.400.40. Un réfrigérateur domestique entre 275 K275\,\mathrm{K} à l’intérieur et une cuisine à 298 K298\,\mathrm{K} : ef≤275/23=12e_f \leq 275/23 = 12 ; les machines réelles donnent 22 à 44. Une pompe à chaleur qui chauffe une maison à 293 K293\,\mathrm{K} à partir d’un air à 273 K273\,\mathrm{K} : ep≤293/20=14.7e_p \leq 293/20 = 14.7 ; les pompes réelles donnent 33 à 55 — trois à cinq fois encore ce que la même électricité donnerait dans une résistance (Problème 24.1).

Exemple 24.18 (Pompe à chaleur ou résistance ?)

Une maison qui perd 6 kW6\,\mathrm{kW} par −5∘C-5{}^{\circ}\mathrm{C} au-dehors demande 6 kW6\,\mathrm{kW} d’électricité avec des résistances ; une pompe à chaleur idéale de 268 K268\,\mathrm{K} vers 293 K293\,\mathrm{K} n’en demanderait que 6/11.7=0.51 kW6/11.7 = 0.51\,\mathrm{kW} ; une pompe réelle, avec des températures d’échangeurs de 260 K260\,\mathrm{K} et 313 K313\,\mathrm{K} et un facteur de qualité 0.550.55, soit ep=0.55×313/53=3.2e_p = 0.55 \times 313/53 = 3.2, en demande 1.9 kW1.9\,\mathrm{kW}. Le problème du week-end parcourt toute la saison, entropie comprise.

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