Des principes de la thermodynamique aux machines thermiques
Par Jean-Luc Bodnar
Thermodynamique : échanges thermiques, branche de la physique.
Energie : quelque chose qui se conserve (rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme).
Il existe deux grandes catégories d’énergie :
- thermique
- travail
Travail : niveau macroscopique et ordonné
Chaleur : niveau microscopique et désordonné.
En physique quand on a l’intuition d’une loi qu’on ne peut démontrer mais dont les conséquences sont vérifiées, on énonce un principe.
Premier principe de la thermodynamique, énoncé par Carnot :
Equivalence des énergies. On peut transformer toute énergie en n’importe quelle autre. La chaleur est une vraie énergie. Cela a donné naissance à la calorimétrie.
Deuxième principe : La chaleur passe du chaud au froid, mais pas l’inverse. Il faut deux sources de chaleur pour faire des échanges d'énergie.
Spontanément on tend à l’augmentation du désordre (entropie).
Dans un système isolé, l’entropie ne peut qu’augmenter.
Rendement maximal = 1- T1/T2 (T2 source chaude, T1 source froide)
Il existe 3 grands types de machines :
- Machine à vapeur : machine de Carnot (centrale électrique, locomotive à vapeur …). Elles permettent des grandes puissances mais polluent et sont grosses consommatrices d’eau.
- Moteur à explosion (voiture) l’inconvénient est la puissance limitée.
- Moteur de Stirling : le mouvement est donné par alternance de chauffage et refroidissement (par exemple par l’alternance d’exposition à l’ombre et au soleil). Ce moteur peut atteindre le rendement maximal de Carnot. Le problème est son encombrement.
