Second Principe

1. Insuffisance du P.P.

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2. Second Principe de la thermo.

3. Cycle de Carnot et théorème de Carnot

4. Relation et intégrale de Clausius

5. Applications du Second Principe

6. Entropie

2. Second Principe de la thermo.

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• Source de chaleur 

Définition :

Une source de chaleur (dite aussi réservoir de température) est un milieu à capacité thermique C infiniment grande (C 🡪 ∞).

Exemples de sources de chaleur 

Naturelles : air atmosphérique, eau d’un lac

Artificielle : Four, chambre frigorifique

2. Second Principe.

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• Enoncés historiques du second principe 

• Enoncé de Clausius

« Une quantité de chaleur ne peut jamais être transférer spontanément d’une source froide vers une source chaude.»

2. Second Principe.

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• Enoncés historiques du second principe.. 

• Enoncé de Kelvin

« Il est impossible de prélever une quantité de chaleur Q d’une source d’énergie et de la transformer intégralement (totalement) en travail »

2. Second Principe.

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• Enoncé de Kelvin

🡺 Avec une seule source, le système est incapable de fournir du travail « cyclique » au milieu extérieur.

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🡺 pour convertir de l’énergie calorifique en travail mécanique, il faut un gradient de température c.à.d. d’une différence de température.

🡺 Il est impossible de réaliser une machine motrice monotherme

Définition : Une transformation est dite monotherme si le système thermodynamique n’échange de la chaleur qu’avec une seule source.

3. Cycle de Carnot.

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• Cycle ditherme

• le système, dont le cycle est dithermes, se trouve en contact thermique avec deux sources distinctes :
• L’une chaude de température T_C
• l’autre froide de température T_F avec (T_F < T_C)

Définition : un système est ditherme lorsqu’il échange de la chaleur avec deux sources de chaleur.

🡺 le premier principe  :

3. Cycle de Carnot...

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• Cycle de Carnot

C’est un cycle ditherme réversible schématisé dans le diagramme de Clapeyron par :

AB : détente isotherme à T₁ ;

BC : détente adiabatique de T₁ à T₂ ;

CD : compression isotherme à T₂ ;

DA : compression adiabatique de T₂ à T₁.

3. Cycle de Carnot...

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• Rendement d’un cycle moteur

Définition : On appelle rendement η d’un moteur la valeur absolue du travail crée (W) sur la quantité de chaleur reçue de la source chaude Q_C.

3. Cycle de Carnot...

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• Théorème de Carnot

Toutes les machines thermiques réversibles fonctionnant entre deux températures données T1 et T2 ont le même rendement quel que soit le gaz utilisé dans la machine et le cycle des transformations effectuées.

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4. Relation et intégrale de Clausius

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• Transformation avec 2 sources

(le rendement de la machine est inférieur à celui de Carnot)

Pour transformations réversibles

Pour transformations irréversibles

relation de Clausius

4. Relation et intégrale de Clausius…

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Relation de Clausius généralisée :

4. Relation et intégrale de Clausius…

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• Distribution continue de sources

Intégrale de Clausius :

Si cycle réversible

Si cycle irréversible

5. Applications du second principe �

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5.1. Cycles dithermes moteur

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5.2. Cycle récepteur : Réfrigérateur

Un réfrigérateur possède un agent de transformation qui est un fluide pouvant se trouver soit à l’état gazeux, soit à l’état liquide. Le fluide décrit un cycle à 4 transformations (compression, condensation, détente, vaporisation).

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5.2. Cycle récepteur : Réfrigérateur

On le caractérise par son efficacité 

(P.P. au cours d’1 cycle)

L’efficacité est alors :

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5.3. Cycle récepteur : Pompe à chaleur (PAC)

Une PAC possède aussi un agent de transformation qui est un fluide pouvant se trouver soit à l’état gazeux, soit à l’état liquide.

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5.3. Cycle récepteur : PAC

On la caractérise par son efficacité 

(P.P. au cours d’1 cycle)

L’efficacité devient :