1er Principe — Conservation de l'énergie
W = Q₁ - Q₂
Pour un cycle fermé, ΔU = 0. Le travail produit est la différence entre chaleur reçue Q₁ et chaleur cédée Q₂. L'énergie se conserve toujours.
Ex: W = 2000 - 733 = 1267 J
Rendement thermique
eta = W / Q₁ = 1 - Q₂/Q₁
Fraction de Q₁ convertie en travail utile. Toujours inférieur à 1. Plus l'écart T₁ - T₂ est grand, plus le rendement est élevé en théorie.
Ex: eta = 1267/2000 = 63.3%
2ème Principe — Rendement de Carnot
eta_Carnot = 1 - T₂/T₁ (T en Kelvin!)
Aucune machine ne peut dépasser ce rendement maximal. Le cycle de Carnot est réversible (ΔS = 0). Tout cycle réel : eta < eta_Carnot.
Ex: eta_C = 1 - 300/900 = 66.7%
Transformation adiabatique
P·V^γ = cste (γ = Cp/Cv = 1.4)
Sans échange de chaleur (Q=0). Pour air diatomique : γ = 1.4. Compression et détente adiabatiques dans Diesel/Otto. Aussi : T·V^(γ-1) = cste.
Air: γ=1.4, compression adiabatique
Entropie et irréversibilité
ΔS_univ = Q₂/T₂ - Q₁/T₁ >= 0
L'entropie de l'univers ne peut qu'augmenter (irréversible) ou rester constante (Carnot). Plus ΔS est grand, plus les pertes sont importantes.
Ex: ΔS = 733/300 - 2000/900 = 0.22 J/K
Grandeurs calculées
Vérifications thermodynamiques
eta <= eta_Carnot (2ème principe)Attendre
W = Q₁ - Q₂ (1er principe)Attendre
ΔS_univers >= 0Attendre
T₁ > T₂ (gradient thermique)Attendre
Irréversibilité acceptableAttendre