Machines thermiques

[invite949a348a]

Bonjour,

Je découvre la thermodynamique et les machines thermiques. J'ai du mal à faire le tri et à organiser tout ça.

De ce que j'ai compris, il y a 3 types de machines thermiques :

-celles qui peuvent fournir du travail à partir d'une source froide et d'une source chaude : ce sont les moteurs thermiques.

-celles qui peuvent produire du froid à partir d'une source chaude et de travail fourni par un moteur : ce sont les réfrigérateurs par exemple.

-celles qui peuvent produire du chaud à partir d'une source froide et de travail fourni par un moteur : ce sont les pompes à chaleur par exemple.

Voici mes questions :

-je ne trouve pas les mêmes infos partout : une chaudière est parfois définie comme une source de chaleur, et parfois comme une pompe à chaleur : a priori, je dirais que c'est une pompe à chaleur, non? Parce que si c'est juste une source chaude, je ne vois pas quelle est la machine thermique dont on parle et qui est associée à la chaudière...

-définir les sources froide et chaude n'est pas si simple que ça pour moi : je pensais que la source chaude était la source à laquelle on prélevait de la chaleur, et la source froide celle à qui on en fournissait. Mais en fait,c 'est encore plus trivial : la source froide est celle de température la plus froide, et la source chaude celle de température la plus chaude des deux, si j'ai bien compris. Donc pour un réfrigérateur, je lis que la source froide est faite des aliments, mais tout dépend du moment qu'on considère : avant qu'ils refroidissent, ils peuvent être à une température plus élevée que l'extérieur (la source chaude), non?

Merci
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[invitefa784071]

Bonjour,
toute machine thermique fonctionne sous le même modèle : tu as besoin d'une source chaude, d'une source froide et d'un moteur.
Chacune de ces trois sources vont apporter une énergie de telle sorte que W+Qc+Qf =0 :
De ces trois énergies, il y en a toujours une qui sera négative :
Ainsi pour le réfrigérateur par exemple :
Source chaude : air extérieur
Source froide : "air intérieur"
Moteur : moteur de ton frigo.

Comment ça se passe : grâce à l'énergie du moteur, tu retires de l’énergie à la source froide et tu l'envoies vers la source chaude
W>0
Qf>0
Qc<0

donc tu refroidies bien la source froide (tu extirpes de la chaleur interne) et tu réchauffes l'air autour du réfrigérateur (source chaude).

[invite949a348a]

Bonjour Sender,

Merci pour ton explication, c'est clair et très structuré! C'est donc très facile de comprendre ce que tu écris (j'insiste car ce n'est pas toujours le cas chez certains qui répondent en "savant"...)

Je ne peux pas voir la pièce jointe, j'imagine qu'elle doit être validée.

1)Et pour ma question sur la chaudière,qu'en dis-tu ? Machine thermique ou pas?

2)Et classerais-tu comme je l'ai fait les machines thermiques avec les 3 catégories que j'ai données?

Merci!

[invitefa784071]

Pour la chaudière, c'est en fait un réceptacle d'eau chaude donc une source chaude que l'on peut utilisé comme chauffage par exemple : A partir de l'eau chaude de la chaudière et de sa mise en mouvement par un compresseur (moteur), on réchauffe une pièce (source froide). Dans ce cas, Qc > 0, W >0 et Qf <0 (on donne de l'énergie à la source froide).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite949a348a]

Et donc, si on veut définir la machine thermique associée à la chaudière (qui donc est la source chaude), à la source froide que constitue la pièce et du moteur qu'est le compresseur, on peut dire que l'ensemble fonctionne comme une pompe à chaleur c'est ça?

[invitefa784071]

Tout dépend de ce que tu veux faire avec ta machine. Si tu cherches à chauffer l'eau de ta chaudière à partir de ce que l'on a dit, oui c'est une pompe à chaleur :
Qc<0
W>0
Qf>0

Si en revanche, tu cherches à chauffer la source froide, c'est un radiateur.
Qc>0
W>0
Qf<0

Pour être plus complet, la pompe à chaleur et le réfrigérateur sont la même chose puisque le but est de refroidir la source froide et de réchauffer la source chaude.
Tu as toutes les différences de cycle sur le diagramme de Raveau (https://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Raveau).

[invitefa784071]

Je n'avais pas vu les deux questions précédentes : la chaudière n'est pas une machine thermique normalement : En effet, pour chauffer ton eau, tu convertis directement ton gaz, pétrole, bois en chaleur qui se transmets à l'eau. Tu n'as pas besoin de moteur.Tu mets directement en relation une source chaude et une source froide. Et l'énergie de la source chaude (le bois ou gaz qui brûle) va se diriger vers celle de la source froide (l'eau de ta chaudière).
Tout n'est pas machine thermique.

Et pour les différents cas qui tu proposes, je ne peux pas valider :
En fait il y a plusieurs situations :
W<0 : tu fais tourner un moteur à partir des sources de chaleurs c'est bien un moteur thermique
W>0 : il faut différentier les cas :
Qf>0 et Qc<0 : réfrigérateur et pompe à chaleur (tu refroidi le froid et réchauffe le chaud)
Qf<0 et Qc>0 : radiateur : tu réchauffe le froid et refroidi le chaud. Mais c'est un peu idiot parce qu'en réalité, tu n'as pas besoin de moteur pour faire marcher un radiateur. C'est gacher de l’énergie qu'utiliser une machine thermique fonctionnant dans ce sens.

[invite949a348a]

1) Je crois que mon souci est d'identifier...le système. Quand on écrit les Qf et Qc > ou < 0, j'ai donc du mal à visualiser. Par exemple, pour le réfrigérateur : le système est donc le frigo : il reçoit du travail du moteur (W>0), il reçoit de la chaleur de la source froide (les aliments, Qf>0) et il cède de la chaleur à la source chaude (l'extérieur, donc Qc<0), c'est ça?

Pour la chaudière, si on veut chauffer de l'eau : quel est le système ? L'eau, la chaudière? Je me dis que c'est la chaudière. On a alors un travail fourni par le moteur de (ou plutôt associé à, non?) la chaudière (le compresseur, donc W>0), la chaudière reçoit de l'énergie de la source froide (l'extérieur, donc Qf>0) et en cède à la source chaude (l'eau, donc Qc<0).

Pour la chaudière, si on veut chauffer une pièce : toujours en considérant que le système est la chaudière : On a le travail fourni par le compresseur (W>0), la chaudière reçoit de l'énergie de la source chaude (l'eau chaude de la chaudière, donc Qc>0) et en cède à la source froide (la pièce, donc Qf<0).

En fait, le système, c'est la machine à chaque fois, et il faut regarder ce qu'on veut faire, c'est ça?

2)Juste parce qu'on y a pas répondu mais ça me paraît plus évident maintenant : la source chaude est dite chaude parce que sa température est supérieure à celle de la froide, c'est tout? Parce que je croyais au tout début que c'était toujours la source chaude qui fournissait la chaleur!!

3) Tu dis que c'est idiot d'utiliser un moteur pour faire tourner un radiateur : pourtant quand on prend un radiateur électrique, c'est bien ce qu'on fait non??

Merci

[invitefa784071]

On va répondre dans l'autre sens
2) : oui. La source chaude est + chaude (en température) que la source froide. C'est tout.
3) Pour le radiateur électrique, on fait chauffer une résistance (conversion d'énergie électrique en énergie thermique). Or le travail d'un moteur est une énergie mécanique.
De plus, pour le radiateur électrique. Il n'y a pas de source chaude du coup. Si on veut, on peut considéré que c'est un transfert du moteur à la source froide directement.
L'intérêt d'utiliser une machine thermique est de s'appuyer sur un élément extérieur dont l'énergie ne coute rien (typiquement un radiateur géothermique ou l'eau est chauffée grâce à la chaleur de la terre). Le moteur va permettre de mettre en mouvement l'eau et réchauffé l'air de ta maison (source froide). Du coup, la création d'énergie thermique est gratuite. Ce qui te coute c'est le travail mécanique pour mettre l'eau sous pression.

1) Pour le frigo : c'est tout bon. On ne cherche pas à savoir comment ça fonctionne précisément. On s'intéresse juste au transfert de chaleur et de travail (pour info quand même : le compresseur comprime un fluide qui va passer sous forme liquide. Or ce fluide s'évapore à basse température. Pour cela, il pompe de l'énergie thermique à l'intérieur de ton frigo. Puis le compresseur va à nouveau le transformer en liquide. La compression dégage de la chaleur expul
Au niveau de la chaudière, il est difficile de dire que la chaudière est une machine thermique.

[invite949a348a]

Ok merci!

Pour la chaudière, je trouve que pour l'exemple où on chauffe la pièce, ça colle avec la définition de la machine thermique. Ou bien c'est la source chaude (eau chaude) qui te fait dire que c'est pas vraiment une machine thermique? De quel point de vue se place t -on toujours ? Celui de la machine?

[invitefa784071]

En fait, pour définir la machine thermique, tu as besoin des 3 éléments (source chaude, source froide, moteur). Pour la chaudière, tu as la source chaude (par exemple le gaz que tu brules) et la source froide (l'eau de ta chaudière). Tu n'utilises pas de moteur pour chauffer l'eau. Donc on ne peut pas appeler ça une machine thermique

[invite949a348a]

Ok merci 😊

Bonne soirée!