Qu'est-ce que le cycle Carnot?
Le cycle Carnot est un cycle thermodynamique idéalisé qui décrit un moteur thermique parfait. Tous les moteurs thermiques réels sont des approximations imparfaites de la perfection théorique incarnée par le cycle Carnot. Dans le cycle Carnot, toute l’énergie thermique n’est pas convertie en travail mécanique, mais une grande partie l’est, la plus grande partie autorisée par la loi physique.
Un moteur thermique produit du travail à partir de la différence de température de deux réservoirs. Dans un moteur à combustion, un réservoir est la chaleur créée à l'intérieur du moteur ( source ) et l'autre est l'environnement extérieur ( évier ). La chaleur générée par la source provoque l'expansion du gaz à l'intérieur du cylindre, entraînant un piston qui fonctionne. L'état thermodynamique du gaz - en expansion, mais à température constante - est appelé isotherme .
Finalement, la source de chaleur est retirée et le gaz cesse de s’étendre si rapidement. Si la chaleur était maintenue en permanence, le cylindre exploserait. Le gaz commence à perdre de la température lorsqu'il atteint son volume maximal et ne travaille plus sur le piston. C'est ce qu'on appelle l' expansion adiabatique du gaz. Ensuite, le piston inverse son parcours en comprimant le gaz jusqu'à ce qu'il commence à atteindre une température et une résistance physique maximales en raison de la chaleur qu'il contient, ramenant le système à son état initial. Puis le cycle recommence.
Il existe de nombreux types de moteurs thermiques. Tous travaillent sur le gradient de température familier entre une source et un évier. Pour maximiser l'efficacité des moteurs thermiques, ils doivent être bien isolés. Dans la plupart des moteurs utilisés aujourd'hui, le gaz reste gaz tout au long du cycle, mais dans les moteurs à vapeur, un changement de phase se produit entre le liquide et le gaz.
Dans un cycle Carnot parfait, les quatre étapes se déroulent très lentement pour minimiser l'entropie ou l'irréversibilité thermodynamique créée par le processus. En réalité, les étapes progressent rapidement et une entropie est générée, ce qui signifie que le cycle ne peut pas durer éternellement. Les parois du cylindre se dégradent, la chaleur de l'intérieur du moteur se perd au profit de l'environnement extérieur, etc. Le cycle Carnot peut être exécuté en sens inverse pour créer un réfrigérateur.