Cycle thermodynamique

Un type de transformation particulièrement intéressant en Thermodynamique est celui que l’on appelle transformation cyclique ou tout simplement cycle. L’intérêt principal de ce type de transformations est que toutes les machines thermiques fonctionnent de façon cyclique.

Une transformation cyclique est une transformation dans laquelle un système thermodynamique (son fluide de travail dans le cas d’une machine thermique) part d’un état initial A puis subit une série de transformations avant de retourner à cet état initial A, tel que cela est illustré dans la figure suivante. Un cycle peut être parcouru dans le sens horaire (à gauche de la figure) ou antihoraire (à droite). Dans ces pages nous considérerons que le fluide de travail est un gaz.

Le travail fourni par le gaz dans un cycle correspond à l’aire définie par celui-ci dans le diagramme PV (auquel il faut ajouter le signe). Lorsque le cycle est parcouru dans le sens horaire, le travail total fourni par le gaz est positif, car le travail AB est positif (le gaz se dilate) et le travail BA est négatif (le gaz se comprime), et ce dernier est inférieur en valeur absolue à celui de AB. Par conséquent la somme de deux est positive.

Bloqueur de publicité détécté

La connaissance est gratuite, mais les serveurs ne le sont pas. Aidez-nous à maintenir ce site en désactivant votre bloqueur de publicité sur YouPhysics. Merci!

Le fluide de travail d’une machine thermique décrit un cycle dans le sens horaire, car une machine thermique est un dispositif qui fournit du travail (pour autant, positif) afin de pouvoir réaliser le mouvement. Dans le cas d’un réfrigérateur, le fluide de travail décrit un cycle dans le sens antihoraire, car il faut fournir de l’énergie sous forme de travail (pour autant, négatif) au réfrigérateur pour qu’il fonctionne.

Mathématiquement, le travail total est la somme du travail fourni par le gaz pour chacune des étapes qui constituent le cycle:

Rappelons nous que le travail fourni par un gaz est donné par:

Par conséquent, pour calculer le travail pour chacune des étapes du cycle, il faut connaître la fonction qui relie la pression avec le volume afin de pouvoir calculer l’intégrale.

La variation de l’énergie interne dans un cycle est toujours nulle. Indépendamment de la forme du cycle, qu’il soit réversible ou non ou du fluide de travail qui le décrit, l’énergie interne du système thermodynamique reste constante car cette grandeur est une fonction d’état et par conséquent sa valeur dépend uniquement de l’état initial et de l’état final du système. Et dans le cas dans d’un cycle, l’état initial et l’état final coïncident.

La chaleur totale échangée durant un cycle est égale au travail net réalisé par le système, car:

Bloqueur de publicité détécté

La connaissance est gratuite, mais les serveurs ne le sont pas. Aidez-nous à maintenir ce site en désactivant votre bloqueur de publicité sur YouPhysics. Merci!


Le rendement d’un cycle est donné par:

Où W est le travail total fourni par le gaz et Q1 et la chaleur absorbée. C’est à dire que W est la somme du travail fourni par le gaz dans toutes les étapes du cycle (à gauche dans la figure supérieur WABA) et que Q1 est la somme des chaleurs absorbées (uniquement les positives).

La variation de l’entropie dans un cycle est toujours nulle. Indépendamment du fait qu’il soit réversible ou non, car cette grandeur est une fonction d’état et par conséquent, sa variation dépend uniquement de l’état initial et de l’état final du système.

Nous appliquerons ces résultats à l’étude des machines thermiques.

Cette page Cycle thermodynamique a été initialement publiée sur YouPhysics