Rendement thermique
Les moteurs thermiques transforment la chaleur en travail. Le rendement thermique exprime la fraction de la chaleur qui devient un travail utile. Le rendement thermique est représenté par le symbole [math]\displaystyle{ \eta }[/math], et peut être calculé à l'aide de l'équation :
Où :
[math]\displaystyle{ W }[/math] est le travail utile et
[math]\displaystyle{ Q_H }[/math] est l'apport total d'énergie thermique de la source chaude.[2]
Les moteurs thermiques fonctionnent souvent avec un rendement d'environ 30 à 50 %, en raison de limitations pratiques. Il est impossible pour les moteurs thermiques d'atteindre un rendement thermique de 100% ([math]\displaystyle{ \eta = 1 }[/math]) selon la deuxième loi de la thermodynamique. C'est impossible parce qu'une certaine chaleur résiduelle est toujours produite dans un moteur thermique, illustrée dans la figure 1 par le terme [math]\displaystyle{ Q_L }[/math]. Bien que le rendement complet d'un moteur thermique soit impossible, il existe de nombreuses façons d' augmenter le rendement global d'un système.
Un exemple
Si 200 joules d'énergie thermique sous forme de chaleur sont introduits ([math]\displaystyle{ Q_H }[/math]), et que le moteur fournit 80 J de travail ([math]\displaystyle{ W }[/math]), le rendement est de 80J/200J, soit un rendement de 40%.
On peut obtenir le même résultat en mesurant la chaleur résiduelle du moteur. Par exemple, si l'on met 200 J dans le moteur, et que l'on observe 120 J de chaleur perdue, alors 80 J de travail ont dû être effectués, ce qui donne un rendement de 40 %.
Rendement de Carnot
Il existe un rendement maximal atteignable pour un moteur thermique, calculé par le physicien Sadi Carnot. Selon les lois de la thermodynamique, l'équation de ce rendement est la suivante
Où
[math]\displaystyle{ T_L }[/math] est la température du « puits » froid et
[math]\displaystyle{ T_H }[/math] est la température du réservoir de chaleur.
Cela décrit le rendement d'un moteur idéalisé, qui est en réalité impossible à atteindre.[3] D'après cette équation, plus la température du puits [math]\displaystyle{ T_L }[/math] ou plus la température de la source [math]\displaystyle{ T_H }[/math] est élevée, plus le moteur thermique fournit du travail. L'énergie pour le travail provient d'une diminution de l'énergie totale du fluide utilisé dans le système. Par conséquent, plus le changement de température est grand, plus cette diminution est élevée dans le fluide et donc plus l'énergie disponible pour effectuer le travail est considérable.[4]
En savoir plus
Pour plus d'informations, veuillez consulter les pages correspondantes ci-dessous :
- Moteur thermique
- Combustion des hydrocarbures est souvent la source de chaleur de ces moteurs.
- Centrale solaire thermique
- Centrale nucléaire
- Pour le rendement thermique des moteurs de voiture, cliquez sur ici.
- Ou explorez une page au hasard
Références
- ↑ This picture was made by the Energy Education team.
- ↑ TPUB Engine Mechanics. (April 4, 2015). Thermal Efficiency [Online]. Available: http://enginemechanics.tpub.com/14075/css/14075_141.htm
- ↑ Hyperphysics, Carnot Cycle [Online], Available: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/carnot.html
- ↑ R. A. Hinrichs and M. Kleinbach, "Heat and Work," in Energy: Its Use and the Environment, 4th ed. Toronto, Ont. Canada: Thomson Brooks/Cole, 2006, ch.4, sec.E, pp.115