Qu'est-ce que le cycle thermique Carnot?
Le cycle thermique Carnot, plus exactement appelé cycle Carnot, est un cycle thermodynamique idéalisé permettant de déterminer l'efficacité maximale possible pour un moteur thermique fonctionnant entre deux températures données. Il est utilisé à des fins théoriques, mais ne peut pas réellement fonctionner dans des systèmes physiques. Bien que, en théorie, un moteur puisse être construit avec un rendement proche de l'efficacité maximale, le transfert de chaleur dans le cycle est trop lent pour qu'il s'agisse d'un système pratique. La principale valeur du cycle Carnot réside dans la détermination du rendement maximal des autres types de moteurs thermiques.
La construction du cycle de chaleur Carnot repose sur deux hypothèses, afin de lui donner le maximum d’efficacité possible: tous les processus sont réversibles et il n’ya pas de changement d’entropie. Un processus réversible est un processus qui peut être ramené à son état d'origine sans perte d'énergie. L'entropie est la quantité d'énergie dans un système qui n'est pas disponible pour effectuer un travail. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, la quantité d'entropie dans un système doit augmenter ou rester la même lorsqu'un processus se produit. Aucune de ces hypothèses ne peut être remplie dans des conditions naturelles, mais elles sont utiles pour déterminer l'efficacité maximale.
Quatre processus se répètent dans un cycle de chaleur Carnot. Le premier est une expansion isothermique . «Isothermique» signifie que la température reste la même tout au long du processus. Le volume augmente et la pression diminue pendant cette opération et de l'énergie est ajoutée au système.
Le processus suivant est connu sous le nom d' expansion adiabatique . Dans les processus adiabatiques, le système ne gagne ni ne perd de chaleur. Les changements de température sont dus aux changements de pression et de volume. Pour cette étape particulière, la pression diminue et le volume augmente afin de diminuer la température.
La troisième est une compression isothermique . La pression augmente et le volume diminue au cours de ce processus et l'énergie est retirée du système. Enfin, une compression adiabatique est effectuée pour ramener le système à son état d'origine. La pression augmente et le volume diminue pour augmenter la température.
En supposant qu'il n'y ait pas de changement d'entropie pendant le cycle de Carnot, celle-ci pourrait être exécutée indéfiniment et conserver la même quantité d'énergie à chaque retour dans son état initial. Cependant, même dans ce système idéalisé, l’entropie persiste, ce qui signifie qu’elle ne peut être efficace à 100%. L'efficacité réelle d'un cycle de chaleur Carnot peut être calculée à l'aide de ses températures maximale et minimale, sur l'échelle de température absolue ou Kelvin (K). Dans cette équation, la température minimale est soustraite du maximum et ce nombre est ensuite divisé par la température maximale.