Le cycle de Carnot inversé : un réfrigérateur
1 · Prédire
le travail net entre au lieu de sortir
- Non – l'inversion du cycle change également quel réservoir absorbe la chaleur.
- Un cycle inversé n’échange de chaleur avec aucun des réservoirs.
- Oui, le cycle inversé absorbe la chaleur du côté froid et rejette davantage de chaleur vers le côté chaud, en utilisant le travail d'entrée pour le faire.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage Carnot-Fridge et appuyez sur Réinitialiser. Les mêmes 4 étapes que le cycle Carnot s'exécutent dans l'ordre inverse.
- Activez l'affichage du travail par étape ainsi que les affichages du COP de refroidissement/chauffage.
- Pour chaque étape du cycle (1 à 4), lisez le volume cible de l'étape et le travail effectué par le gaz pendant cette étape.
3 · Collecter les données
| Numéro d'étape | Volume cible V de l'étape (L) | Travail fourni par le gaz durant cette étape (J) |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 |
Esquissez le diagramme P-V en traçant les étapes dans l'ordre. Comparez le sens de déplacement (dans le sens horaire ou antihoraire) au diagramme de l'expérience du cycle de Carnot.
4 · Analyser
- Additionnez les valeurs de travail des 4 étapes...
- ... inverser la séquence des mêmes 4 étapes fait passer le cycle ...
5 · Approfondir
- pourquoi COP_chaud vaut toujours exactement 1 de plus que COP_froid
- ce n'est pas une violation de la conservation de l'énergie
La physique derrière cette expérience
Coefficient de performance du réfrigérateur
Les performances de refroidissement d'un cycle de Carnot inversé sont mesurées par COP_cool = Tc/(Th − Tc) : quantité de chaleur évacuée de l'espace froid par unité de travail fournie. Des écarts de température plus petits donnent un meilleur COP (plus élevé).
Thermodynamique
- La loi des gaz parfaits : pression, volume et température
- Théorie cinétique : température et vitesse moléculaire
- Compression isotherme : travail effectué à température constante
- Chauffage isobare : expansion à pression constante
- Chauffage isochore : montée en pression à volume constant
- Expansion adiabatique : refroidir sans perdre de chaleur
- Calorimétrie : Mélanger le chaud et le froid
- Conduction thermique : flux de chaleur à travers une barre
- Le cycle Carnot : rendement moteur maximal possible
- Le cycle Otto : le modèle idéalisé d'un moteur à essence
- Le cycle de Stirling : étapes isothermes avec régénération
- Changement d'entropie dans une expansion isotherme réversible
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