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Niveau maths sup
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[Physique] Thermodynamique

Posté par
infophile
01-04-08 à 21:50

Bonsoir

Citation :
On s'intéresse au fonctionnement d'un turbomoteur à air, dans lequel l'air, assimilé ici à un gaz parfait, parcourt le cycle réversible suivant :

- Compression adiabatique A1A2 entre les états A1 (P1 = 1,00.105Pa, V1, T1 = 300K) et A2 (P2 = 9,00.P1,V2,P2);
- Transformation isobare A2A3 telle que T3 = 1000K ;
- Détente adiabatique A3A4 telle que P4 = 3,00.P1 ;
- Transformation isobare A4A5 telle que T5 = T3 ;
- Détente adiabatique A5A6 ;
- Transformation isobare A6A1.

Le moteur utilise n = 10,0 moles d'air, dont le rapport des capacités calorifiques molaires isobare et isochore est \gamma=\frac{C_Pm}{C_{Vm}}=\frac{7}{5} supposé constant.


1) Exprimer littéralement en fonction des données : V1, T2, V2, V3, T4, V4, V5, T6 et V6.

En utilisant la relation PV = nRT j'ai déterminé certaines de ces grandeurs, mais avant tout j'ai une question :

Est-ce que la compression diabatique conserve la température ?

Car pour l'expérience de Joule et Gay-Lussac la température ne varie pas lors de la détente du gaz parfait, donc je me suis dis que de même en comprimant... ça m'arrangerait bien mais j'ai un doute car quand on comprime un gaz il doit s'échauffer normalement !

Merci

Je quitte l' et je repasse demain.

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 00:27

La compression adiabatique ne conserve pas la température mais tu sais que la variation d'énergie interne du gaz correspond exclusivement au travail effectué durant la compression et que l'énergie interne d'un gaz parfait est directement liée à sa température.

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 14:52

Bonjour donaldos

Je viens d'apprendre la loi de Laplace ce matin donc c'est plus facile maintenant !

De la transformation adiabatique A1A2 on tire : \fbox{V_1=\frac{nRT_1}{P_1}} et comme T_1V_1^{\gamma-1}=T_2V_2^{\gamma-1} ainsi que V_2=\frac{nRT_2}{P_2} on trouve T_2^{\gamma}=T_1\(\frac{\frac{nRT_1}{P_1}}{\frac{nR}{P_2}}\)^{\gamma} c'est-à-dire T_2^{\gamma}=T_1(9T_1)^{\gamma-1} soit \fbox{T_2=9^{1-\frac{1}{\gamma}}T_1}

Je vais continuer, merci

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 15:10

Pour les autres paramètres d'états je n'ai plus eu besoin de Laplace, seulement des caractéristiques des transformations (isobare et détente adiabatique), je trouve :

V_2=9^{1-\frac{1}{\gamma}}.V_1

V_3=\frac{1}{9}V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

T_4=T_3

V_4=\frac{1}{3}V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

V_5=V_4

T_6=T_5

V_6=V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

Tout ce beau monde a le mérite d'être homogène, tu pourrais confirmer tout de même ? Car la suite dépend de ces paramètres.

Merci beaucoup

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 15:31

Ah non j'ai fait des boulettes, \fbox{V_2=\frac{nRT_2}{P_2}=\frac{nR.9^{1-\frac{1}{\gamma}}T_1}{9P_1}=\frac{V_1}{9^{\frac{1}{\gamma}}}

Je rectifie les autres

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 15:35

En fait je me pose la question, dans la détente adiabatique la température ne varie pas n'est-ce pas ? Auquel cas je devrais recommencer tous mes calculs...

Merci

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 15:52

Non je retire, lors d'une détente on a un refroidissement.

Je vais donc devoir tout reprendre avec Laplace.

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:01

Lorsque l'on vous a présenté la loi de Laplace vous n'avez peut-être vu que la relation entre P et V,
mais elle peut s'exprimer également à l'aide de la température T et l'une des deux autres variables.

Quoiqu'il en soit, durant une transformation adiabatique (compression ou détente, peu importe finalement)
on ne peut pas en général avoir à la fois :

PV^{\gamma}=cste   (Laplace)

et

PV=cste    (Loi des gaz parfaits à T constante)

ce qui serait contradictoire. La température varie donc durant la transformation. C'est peut-être la seule difficulté de ce genre d'exercice : clairement définir au préalable les relations régissant P,V et T pour une transformation donnée et s'y tenir.

Donc oui, tout reprendre me semble la meilleure solution ...

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:16

Merci de ton aide !

Je peux toutefois utiliser la loi des gaz parfaits PV = nRT ? (trois variables).

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:35

Je trouve la même chose pour V3, mais pour les autres :

V_2=\frac{V_1}{9^{\frac{1}{a}}

V_4=3^{\frac{1}{a}}V_3

T_4=3^{\frac{1}{a}+2}T_1\(\frac{V_3}{V_1}\)

Déjà jusqu'ici c'est juste ?

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:45

Je pense que tu as eu un souci d'écriture pour T_4.

Le calcul des deux volumes est correct.

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:47

Je termine :

V_4=3^{\frac{1}{a}-2}V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

V_5=\frac{1}{3}V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

V_6=3^{\frac{1}{a}-1}V_1\(\frac{T_1}{T_3}\)

T_6=3^{\frac{1}{a}-1}T_3

Je croise les doigts pour que ça soit juste

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 16:49

Oups oui effectivement à l'exposant c'est +1 et non +2

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 17:31

J'ai calculé l'expression du travail reçu par le système au cours du cycle :

3$ \rm \fbox{W=\frac{nR}{\gamma-1}\[T_1\(9^{1-\frac{1}{\gamma}}-1+3^{\frac{1}{\gamma}+1}\frac{V_3}{V_1}\)+T_3\(3^{\frac{1}{\gamma}-1}-2\)\]+P_1\[9(V_2-V_3)+3(V_4-V_5)+(V_6-V_1)\]}

C'est moche hein ?

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 20:45

Pour préciser j'ai fait la somme des travaux de chaque transformation, on a deux types : le travail pour une transformation adiabatique et le travail pour une transformation isobare.

Merci de confirmer

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 02-04-08 à 23:45

Je ne prends pas le temps de tout vérifier (je ne l'ai pas de toute façon ),désolé, mais au moins la démarche est correcte et les résultats ont la bonne forme (en particulier l'expression des travaux correspondant aux transformations isobares dont le calcul est on ne peut plus immédiat). Pour le reste, si tu as travaillé étape par étape, il est assez facile de repérer d'hypothétiques étourderies par simple relecture. C'est d'autant plus le cas si l'on a bien en tête la poignée de relations qui interviennent dans ce problème, ce qui ne prend pas longtemps en général vu l'aspect quelque peu répétitif et systématique des calculs... Mais vive la Thermo quand même

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 06:44

Merci donaldos

J'aurai encore quelques questions ce soir (de méthode rassure toi ).

Au départ je n'accrochais pas mais je commence à aimer la thermo, ça a des applications dans la vie de tous les jours

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 16:31

Euh bizarrement pour T4 je trouve comme T6 à savoir 3^{\frac{1}{\gamma}-1}T_3, normal ?

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 17:19

Oui c'est bon j'ai trouvé

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 20:10

Vérification(=calculs) faite je trouve des résultats identiques aux tiens par endroit et légèrement différents à d'autres... Dans la mesure où je n'ai pas une confiance absolue en mes calculs je dirais que ça ne nous avance pas beaucoup.

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 20:28

Oui j'ai du rechanger quelques détails, je te remercie pour le temps pris à la vérification

Je bloque sur ces deux questions :

On envisage l'étude du même cycle dans un cas plus général : la nature des transformations est inchangée, mais on ne connaît à priori plus aucune caractéristique des états Ai, sauf T5=T3. On note plus généralement, T1 étant la température en A1, les températures T_i=\alpha_iT_1

Citation :
La détente adiabatique A3A4 est supposé fournir le même travail que la détente adiabatique A5A6.

Montrer que que les taux de détente \frac{P_2}{P_4} et \frac{P_4}{P_1} sont égaux.


Citation :
Etablir la relation entre \alpha_1,\alpha_2,\alpha_3


Merci d'un coup pouce

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 21:37

C'est bon pour les quotients j'ai trouvé, me manque la relation

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 22:09

C'est bon j'ai trouvé aussi

Bonne soirée et encore merci !

Posté par
donaldos
re : [Physique] Thermodynamique 03-04-08 à 22:12

Je viens juste de regarder les questions. On peut pas dire que j'ai fait grand chose pour t'aider

Bonne soirée à toi aussi.

Posté par
infophile
re : [Physique] Thermodynamique 04-04-08 à 06:33

Finalement c'est chouette la thermo

A bientôt !



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