Piston


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Figure 1 : Un piston contenu à l'intérieur d'un cylindre, utilisé dans un moteur à essence compartimenté.[1]

Un piston est un disque en mouvement enfermé dans un cylindre qui est rendu étanche aux gaz par des segments de piston. Le disque se déplace à l'intérieur du cylindre lorsque le liquide ou le gaz qui s'y trouve se dilate et se contracte. Un piston contribue à la transformation de l'énergie thermique en travail mécanique et vice versa. Pour cette raison, les pistons sont un élément fondamental des moteurs thermiques.[2] Les pistons fonctionnent en transférant la force produite par un gaz en expansion dans le cylindre à un vilebrequin, qui fournit un moment de rotation à un volant d'inertie. Un tel système est connu sous le nom de moteur à combustion et explosion.

Un piston doit suivre un processus cyclique afin de convertir continuellement l'énergie thermique en travail, et il existe de nombreuses façons de réaliser ce cycle. Par exemple :

  1. En apportant de la chaleur au gaz à l'intérieur du cylindre, le gaz se dilate, augmentant le volume du cylindre et fournissant un travail utile.
  2. En enlevant la chaleur du cylindre, la pression du gaz diminue, ce qui permet de le comprimer plus facilement.
  3. En transmettant du travail au piston, celui-ci se comprime pour revenir à son état initial, prêt à effectuer le cycle une nouvelle fois.

Ce cycle peut être visualisé dans la figure 2 présentée ci-dessous.

Figure 2 : Un exemple de cycle de piston, dans lequel il manipule la chaleur afin d'effectuer un travail utile.[3]

Ces étapes peuvent être effectuées différemment et les processus peuvent devenir très complexes, mais il s'agit ici d'un exemple simple de la façon dont un piston peut effectuer un travail utile grâce à l'apport de chaleur. On sait que cette chaleur ne peut pas être entièrement transformée en travail, sinon l'entropie du système diminuerait, ce qui est interdit par la deuxième loi de la thermodynamique.

En savoir plus


Références

  1. Wikimedia Commons [Online], Available: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/Piston_of_DAT_engine.jpg
  2. R. D. Knight, "Heat Engines and Refrigerators" in Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach, 3nd ed. San Francisco, U.S.A.: Pearson Addison-Wesley, 2008, ch.19, sec.2, pp.530
  3. Adapted from Physics for Scientists and Engineers by R. Knight

Auteurs et rédacteurs

Bethel Afework, Ethan Boechler, Paul Frey, Jordan Hanania, Braden Heffernan, James Jenden, Kailyn Stenhouse, Jason Donev
Dernière mise à jour : 13 août, 2021
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