suivant : 3.5 La combustion interne Up : 3. La première loi Précédent : 3.3 Le cycle de Carnot Sommaire Index

Sous-sections

• • 3.4.0.1 Matériel frigorifique

Le cycle de Carnot a été utilisé pour la puissance, mais on peut aussi le faire fonctionner en sens inverse. Si c’est le cas, il y a maintenant un travail net dans le système et une chaleur nette hors du système. Il y aura une quantité de chaleur rejetée à la température supérieure et une quantité de chaleur absorbée à la température inférieure. La première de ces quantités est négative selon notre convention et la seconde est positive. Il en résulte qu’un travail est effectué sur le système, la chaleur est extraite d’une source à basse température et rejetée vers une source à haute température. Les mots « basse » et « haute » sont relatifs et la source de basse température peut être une salle de classe bondée par une journée chaude, la chaleur extraite étant utilisée pour refroidir la pièce. Le cycle et les transferts de chaleur et de travail sont indiqués à la figure 3.6. Dans ce mode de fonctionnement, le cycle fonctionne comme un réfrigérateur ou une pompe à chaleur. Ce que nous payons, c’est le travail, et ce que nous obtenons, c’est la quantité de chaleur extraite. Amétrique pour les dispositifs de ce type est le coefficient de performance,défini comme

Figure 3.6:Fonctionnement d’un réfrigérateur de Carnot

Pour un cycle de Carnot, nous connaissons les rapports entre la chaleur entrante et la chaleur sortante lorsque le cycle est en marche avant et, puisque le cycle est réversible, ces rapports sont les mêmes lorsque le cycle est en marche arrière. Lecoefficient de performance est donc donné en termes de températures absolues comme

Il peut être beaucoup plus grand que l’unité.

Les cycles de Carnot qui ont été dessinés sont basés sur un comportement de gaz idéal. Cependant, pour différents milieux de travail, ils auront un aspect différent. Nous en verrons un exemple lorsque nous aborderons les situations diphasiques. Ce qui est identique quel que soit le milieu, c’est le rendement pour tous les cycles de Carnot fonctionnant entre les deux mêmes températures.

3.4.0.1 Matériel du réfrigérateur

Typiquement, le système thermodynamique dans une analyse de réfrigérateur sera un fluide de travail, un réfrigérant, qui circule autour d’une boucle, comme le montre la figure 3.7. L’énergie interne (et la température) du réfrigérant est alternativement augmentée et diminuée par les dispositifs de la boucle. Le fluide de travail est plus froid que l’air du réfrigérateur à un moment donné et plus chaud que l’environnement à un autre moment. Ainsi, la chaleur circulera dans la direction appropriée, comme le montrent les deux flèches des échangeurs de chaleur.

Figure 3.7:Schéma d’un réfrigérateur domestique

En commençant par le coin supérieur droit du schéma, nous décrivons le processus plus en détail. Tout d’abord, le réfrigérant passe par une petite turbine ou par un détendeur. Dans ces dispositifs, le réfrigérant effectue un travail afin de réduire son énergie interne jusqu’à ce que la température du réfrigérant soit inférieure à celle de l’air dans le réfrigérateur. Un échangeur de chaleur est utilisé pour transférer l’énergie de l’intérieur du réfrigérateur au réfrigérant froid, ce qui diminue l’énergie interne de l’intérieur et augmente l’énergie interne du réfrigérant. Ensuite, une pompe ou un compresseur est utilisé pour faire travailler le réfrigérant, lui ajoutant de l’énergie supplémentaire et augmentant ainsi encore son énergie interne. L’énergie électrique est utilisée pour faire fonctionner la pompe ou le compresseur. L’énergie interne du réfrigérant est augmentée jusqu’à un point où sa température est supérieure à celle de l’environnement. Le réfrigérant passe ensuite dans un échangeur de chaleur (souvent des serpentins à l’arrière du réfrigérateur) afin que l’énergie soit transférée du réfrigérant à l’environnement. En conséquence, l’énergie interne du réfrigérant est réduite et l’énergie interne de l’environnement est augmentée. C’est à ce moment-là que l’énergie interne des composants du réfrigérateur et l’énergie utilisée pour faire fonctionner le compresseur ou la pompe sont transférées à l’environnement. Le réfrigérant poursuit ensuite sa route vers la turbine ou le détendeur, répétant ainsi le cycle.

suivant : 3.5 La combustion interne Up : 3. La première loi Précédent : 3.3 Le cycle de Carnot Sommaire Index

UnifiedTP