Perte par effet joule, moteur thermique

[invite6b3d36fc]

Bonjour tout le monde.

Je déplace mon post ici car je n'ai pas eu de réponse qui ont assouvie ma curiosité dans la partie "débat".

Voila mon petit problème:

Le moteur d'une voiture a un rendement actuel de 35 % théorique.

C'est à dire que sur 100J de "travail" potentiel du combustible il y a:
- 35J de travail mécanique.
J'en déduit que:
- les 65J restant partent en chaleur (frottement+échappement).

Un moteur qui aurait un rendement avoisinant les 100% produirait-il une quantité de chaleur avoisinant les 0°C (puisque 100% de l'énergie du combustible serait convertie en travail mécanique)?
Une combustion dans ce cas précis pourrait donc avoir lieu sans produire de chaleur?

Ou alors je divague et même si un moteur d'une voiture a un rendement de "35%", la production de chaleur reste la même, que l'on en tire de l'énergie mécanique ou qu'on le fasse bruler dans sa cheminée..

Quelle est la vérité dans tout sa? Les cours de thermodynamique que j'ai pu trouver ne m'ont pas éclairer d'avantage..

Merci.
-----

[Castitatis]

c'est pas le rendement qui fixe la production de chaleur, mais plutôt la production de chaleur qui fixe le rendement, donc on peut pas dire, on va faire un moteur à 100% de rendement comme ça on a une combustion sans chaleur, sinon j'pense qu'on l'aurait déjà fait^^

[mach3]

Tu peux retourner voir l'autre post, il y a des éléments nouveaux. Je pense qu'il serait plus productif de fusionner les deux discussions qui font doublon et de la laisser sur le forum physique où plus de personnes compétentes pourraient répondre.

m@ch3

[invite6b3d36fc]

oui j'ai vu ta réponse mach3.

Effectivement il vaudrait mieux fusionner les deux posts en un sur le forum physique.

J'ai des interrogations qui restent en suspend à propos de tes explications et j'aimerai que l'on continue à en débattre.

Moins de blabla un petit schéma s'impose pour établir une ou deux nouvelle question. Je me met au boulot et je reviens.

A de suite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6b3d36fc]

Me revoilà..

Désolé, pas de schéma mais toujours des faits qui me semble paradoxaux:

Je cite: (source : http://profecoles.free.fr/CRPE/Sciences/energie.pdf )
La conservation de l’énergie :
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » : L’énergie d’un système isolée
est constante. Si un système a perdu (ou gagné) de l’énergie, la même quantité d’énergie a été
gagnée (ou perdue) par un ou plusieurs autres systèmes.

Petit problème:

Prenons deux systèmes fermé:
-Dans le premier il y a une machine a vapeur.
Cette machine a vapeur ne se déplace pas.
L'effort des pistons sert juste a faire monter et descendre en boucle un poids assez conséquent (un peu comme des altères disons).

-Dans le deuxième il y a l'équivalent en poids de la machine a vapeur en ferraille + eau. Cette ferraille ne constitue qu'un tas disposé au fond du système et n'as aucune utilité.

Les deux système ont la même masse et sont constitué des mêmes éléments.

Si on apporte la même quantité d'énergie à nos deux système en chauffant,
-dans le système 1, 100% de l'énergie est transmise au système qui gagne une température de t=x°C.
-dans le système 2, 100% de l'énergie est transmise, mais 10% sont converti pour actionner la machine à vapeur et produire du travail.
Il ne reste donc qu'une augmentation de t=0.9x°C.


Ou sont ces 0.1x°C manquant?

Pour moi il y a perte d'énergie puisque qu'il n'y a pas un autre système qui a gagné de l'énergie lorsqu'on a "perdu" ces 0.1x°C
Rappel:"Si un système a perdu (ou gagné) de l’énergie, la même quantité d’énergie a été
gagnée (ou perdue) par un ou plusieurs autres systèmes".

Petite lampe pour me sortir de la pénombre svp..

[mach3]

Le truc qu'il faut comprendre, c'est que le travail fini toujours par se dissiper en quelque chose une fois qu'on l'a utilisé (et même un peu avant...).

Quand le moteur fait avancer ta voiture, il lui transmet du travail ok? Ce travail est converti en énergie cinétique. Si tu coupes le moteur, la voiture va ralentir et s'arrêter. Pourquoi? L'énergie cinétique de la voiture, se dissipe par frottements: elle est rendu à la route et à l'air sous forme de chaleur. C'est pour contrer ces pertes que tu es obligé de maintenir ton moteur en marche: il faut en permanence générer un travail qui va compenser les pertes en chaleur (celles qui ne sont pas due à la machine thermique, attention). Si il n'y avait pas de frottements dans l'air ou sur la route, il suffirait d'accélérer une fois pour atteindre un vitesse donnée: le travail fourni à la voiture lui conférera une énergie cinétique qui ne sera perdu que lorsqu'on freinera.

Dans ton exemple avec ta machine à vapeur qui fait monter et descendre un poids, à la phase de montée, le travail sert à augmenter l'énergie potentielle du poids. La phase de descente ne demande a priori aucun travail à la machine à vapeur, vu que le poids peut redescendre de lui même, sauf si on veut qu'il descende plus vite évidemment. Mais arrivé en bas, comment tu arrêtes le poids? Il faut le freiner et donc convertir toute son énergie cinétique en chaleur. Du coup le travail extrait au départ s'est converti en chaleur au final.

En fait, quelque soit le contenu de ta boite fermé (on va plutôt dire isolée, c'est à dire qu'elle n'échange ni matière ni énergie avec l'extérieur), à capacité calorifique égale, l'injection d'une même quantité de chaleur mènera à une même élévation de température une fois l'équilibre atteint. Toute énergie cinétique se dégrade en énergie thermique si on attend assez longtemps.

Ça c'est les principes thermodynamiques qui le disent, et ils n'ont pas encore été mis en défauts pendant plus de 150 ans d'existence... Tu ne trouves pas ça prodigieux que en connaissant juste une caractéristique globale d'une boite, on sache quel état elle va atteindre à l'équilibre sans même savoir ce qu'il y a dedans?

m@ch3

[invite6b3d36fc]

Ok mach3 il nous reste a débattre un peu avant que je sois complétement convaincu.

Tu dis que la température des deux boites seront les mêmes puisque l'énergie qu'il faut pour freiner la descente de "l'altère" crée de la chaleur ce qui compense celle absorbée par le moteur..

Si on prend un autre système que celui des altères verticales.
Notre nouveau système consiste en des "altères" qui font un travail de va et viens mais sur le plan horizontal.

Tu es d'accord avec moi quand je dit que dans ce cas, la majeure partie de l'énergie est dépensée pour contrer l'énergie cinétique accumulé a chaque allé et ainsi forcer pour faire repartir l'altère dans l'autre sens.

Pour mieux visualiser le phénomènesrend des altères de 2kg et boxe dans le vent avec. Ton corps va dégager beaucoup de chaleur ok, mais le peu de frottement avec l'air lui ne va pas en dégager des masses, la plus grande partie de l'énergie consommé par ton corps se "perd" pour contrer l'énergie cinétique accumulé a chaque mouvement.

Dans ce cas la il n'est plus question de récupérer les degrés absorbé par la machine à vapeur puisque l'effort produit par celle ci est consommé en énergie cinétique + léger effet joule (frottement avec l'air).

Pense tu que la température serait toujours identique?
Si oui ou a t on récupérer les degré absorbés par la machine?

[oOPtiluOo]

Je crois qu'avant de continuer, il faut revenir sur des définitions importantes :

effet joule : dissipation de l'énergie électrique en énergie thermique
donc rien a voir avec le sujet... Si tu veux donner un nom au pertes thermiques, appellent les pertes irréversible.

Température : potentiel des échanges thermiques. Unité : K ou °C

Echange de chaleur : flux d'énergie thermique. Unité J, cal, W ou Wh

Là ou on voit la confusion c'est quand tu parle d'augmentation de température pour quantifier un échange de chaleur.
Contre exemple : changement de phase (très présent dans grand nombre de machines thermiques) pas de changement de température mais pourtant échange d'énergie thermique

Tu assimile forcément un changement de température à un échange thermique
Contre exemple : détente isentropique (adiabatique et réversible) qui modifie la température d'un système qui n'échange pas de chaleur...

A partir de là je te conseille d'assimiler ces notions, et nous pourront t'y aider. Elle sont essentielle pour répondre à ta question

Je pense aussi que la compréhension du second principe de la thermodynamique t'as fait défaut, mais personne ne peut te blamer... Pour ma part il m'as fallu 3 ans de thermo pour l'assimiler en partie

[invite6b3d36fc]

Pardon pour l'abus de langage sur le terme effet joule.

Par contre tu me reprends sur le fait de faire directement le lien entre augmentation de température et échange thermique, il me semble que dans ce système les deux sont lié.
Un apport d'une quantité de nJ sous forme de chaleur a un système fermé le fera augmenter de n°C ou n°K peu importe.

Enfin bon tes réflexions sont intéressante et mes connaissance dans le génie thermique ne dépassent malheureusement pas le bac puisque je n'ai pas été accepté en dut génie thermique.

Je pense pour autant pouvoir émettre un problème simple.

Et si ton but est de m'aider, répond a ma question avant de me rappeler que je ne suis pas en mesure d'y répondre (quel aurait été l'intérêt de la poser sinon??).

Y a-t-il différence de température entre 1 et 2?

[mach3]

effet joule : dissipation de l'énergie électrique en énergie thermique
donc rien a voir avec le sujet... Si tu veux donner un nom au pertes thermiques, appellent les pertes irréversible.

effectivement, maintenant que tu le dis, il y a confusion entre l'effet Joule (chaleur généré par la résistance au courant électrique) et le résultat de l'expérience de Joule qui démontre que le travail peut-être intégralement converti en chaleur.

Par contre tu me reprends sur le fait de faire directement le lien entre augmentation de température et échange thermique, il me semble que dans ce système les deux sont lié.
Un apport d'une quantité de nJ sous forme de chaleur a un système fermé le fera augmenter de n°C ou n°K peu importe.

oui, si il n'y a pas de changement d'état dans le système. C'est ce que je supposais implicitement cela dit. Quand j'ai dit capacité calorifique égale, je sous-entendais qu'elle était égale sur toute la plage de température considérée.

Je réfléchis à la meilleure manière de répondre à tes autres questions.

m@ch3

[oOPtiluOo]

Dans ton cas, ta machine à un rendement de 10%
Pour le système 1, pas de problème, l'énergie thermique n'est pas convertie, elle va donc se stocker sous forme sensible (d'où ton augmentation de x°C)
Pour le système 2, 90% seront stocké sous forme de manière sensible, d'où 0.9x°C, et 10% sous forme de travail mécanique, mettant en mouvement tes poids. Si tu laisse le système isolé de manière libre, le frottement du système mécanique (engrenage, poulie, air...) vas faire que tes poids vont s'arrêter, transformant leur énergie cinétique en énergie thermique... Tu retrouve tes x°C

Loin de moi l'idée de te rabaisser ni de te maintenir dans l'ignorance, mais je pense que les notions de base de thermodynamique sont indispensable pour approfondir tes questionnement. Si tu veux une compréhenssion rapide, heuresement que ce fofo est là, et on se fera une joie d'éclaircir tes questions. Après quelques recherches te seront sans doute utile... Pour comprendre le second principe je te conseille un bouquin qui m'a pas mal éclairé :

Chaleur et désordre, de Peter William Atkins
Vraiment bien expliqué, et nul besoin de baguage mathématique et scientifique important pour assimiler le fond du problème. D'ailleurs les 4 premiers chapitre suffisent pour ce dernier

[mach3]

Bon ben doublé par le ptilu...

Chaleur et désordre, de Peter William Atkins
Vraiment bien expliqué, et nul besoin de baguage mathématique et scientifique important pour assimiler le fond du problème. D'ailleurs les 4 premiers chapitre suffisent pour ce dernier

Excellente référence!! à lire d'urgence spacecrame

m@ch3

[invite6b3d36fc]

Ok merci les gars pour la réf.
Je vais me renseigner un peu avant de m'aventurer dans de nouvelle polémiques

Par contre je ne suis pas convaincu et je pense revenir bientôt pour vous titiller un peu avec ce petit problème.

@+

[invite0d23be1a]

Ok merci les gars pour la réf.
Je vais me renseigner un peu avant de m'aventurer dans de nouvelle polémiques

Par contre je ne suis pas convaincu et je pense revenir bientôt pour vous titiller un peu avec ce petit problème.

@+

Bonsoir ,

La transformation de toutes les énergies dans les principes de thermodynamiques qui sont toujours d'application montrent que les pertes par dissipation calorifique (energie calorifique) sont de l'ordre de 80% en théorie 17,5% dans un moteur à explosion sans injection.
et régulation de la pression à l'intérieur des cylindres.

Le moteur à explosion régulé ou pas , engendre environ 80% d'énergie sous forme thermique qui est inévitablement perdue irréversiblement sauf comme on dit "pour chauffer l'atmosphère".

En d'autre termes aprés une explosion provoquant une onde de pression en vue de déplacer le piston , la chaleur issue résulte de 80%de la combustion du volume de l'essence gazéifiée.

Je n'aborde pas les problémes d'aérodynamique , ni ceux des frictions au sol bien nécessaire par ailleur


.

[invite0d23be1a]

Ok merci les gars pour la réf.
Je vais me renseigner un peu avant de m'aventurer dans de nouvelle polémiques

Par contre je ne suis pas convaincu et je pense revenir bientôt pour vous titiller un peu avec ce petit problème.

@+

Bonsoir ,

La transformation de toutes les énergies dans les principes de thermodynamiques qui sont toujours d'application montrent que les pertes par dissipation calorifique (energie calorifique) sont de l'ordre de 80% en théorie 17,5% dans un moteur à explosion sans injection.
et régulation de la pression à l'intérieur des cylindres.

Le moteur à explosion régulé ou pas , engendre environ 80% d'énergie sous forme thermique qui est inévitablement perdue irréversiblement sauf comme on dit "pour chauffer l'atmosphère".

En d'autre termes aprés une explosion provoquant une onde de pression en vue de déplacer le piston , la chaleur issue résulte de 80%de la combustion du volume de l'essence gazéifiée.


.

[invite0d23be1a]

Un petit détail suplémentaire , la partie de l'énergie transformée en chaleur dans le moteur à explosion ne peu pas être qualifiéede "perte par effet joule ", l'effet joule étant tributaire uniquement de la transformation de l'énergie électrique dans une autre forme d'énergie en suivant la loi dissipative R x I².

En comparant le moteur à explosion et le moteur électrique on peut concidérer que ce dernier à un rendement de 90% à 99% suivant le type de moteur.

Les pertes inhérentes à la transformation de l'énergie sont duent essentiellement à l'effet joule produit dans le rotor(ri²) , et aux frotements mécaniques (friction) de l'arbre du moteur.

[invite6b3d36fc]

Merci maxwel on m'a déjà fait la remarque sur le gros lapsus..

Bon ben je crois que je doit m'avouer vaincu, je n'arrive pas à trouver d'argument en ma faveur et donc je me résous a admettre que les deux températures seraient identiques.

Je vais quand même un peu réfléchir et je vous sollicite si je trouve du nouveau.

Ps:j'aurais d'autres problèmes autant (sinon plus) ambigus a vous exposer, mais ils feront l'objet d'autre post.
Merci pour les réponses!

@+