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Concept
Machine thermique
Résumé
Une machine thermique est un mécanisme qui fait subir à un fluide des transformations cycliques au cours desquelles le fluide échange avec l'extérieur de l'énergie sous forme de travail et de chaleur.
La théorie des machines thermiques s'attache à la description et à l'étude physique de certains systèmes thermodynamiques qui permettent de transformer l'énergie thermique en énergie mécanique, et vice versa. Fondée au milieu du siècle, elle s'appuie sur la thermodynamique, et en particulier sur ses deux premiers principes.
De nombreuses machines thermiques sont d'un usage courant : le moteur thermique ou (sous la forme d'un moteur à combustion externe tel que la machine à vapeur et la turbine à vapeur, ou sous la forme d'un moteur à combustion interne tel que le moteur à essence, le moteur Diesel, le moteur à réaction et la turbine à gaz), le réfrigérateur et la pompe à chaleur.
C'est le désir de mettre en équation les machines thermiques (avec Carnot notamment) qui est à l'origine de la thermodynamique et en particulier du premier et du second principe. Selon Feynman dans son Cours de Physique, il s'agirait d'un des rares cas où les sciences de l'ingénieur ont permis une avancée importante de la physique fondamentale.
Le premier principe de la thermodynamique est un principe de conservation de l'énergie. Par ailleurs, le premier principe de la thermodynamique relie le travail mécanique à la chaleur et à l'énergie mécanique d'un système. En tant que fonction d'état, l'énergie interne ne varie pas sur un cycle :
Le travail et la chaleur étant liées, on peut, en contrôlant l'une de ces variables, influencer l'autre. Dans le cas général, le fluide des machines thermiques est au contact de sources thermiques, de différentes températures qui fournissent des chaleurs ; et reçoivent un travail . On algébrise ces valeurs vu du fluide : est positif si le transfert s'effectue de la source vers le fluide, négatif dans le cas contraire.
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