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Que sont les processus thermodynamiques dans le cycle d’Otto – Définition

Dans un cycle d’Otto idéal, le système qui l’exécute subit une série de quatre processus: deux processus isentropiques (adiabatiques réversibles) et deux processus isochoriques. Génie thermique

Cycle Otto – Processus

Cycle Otto - Diagramme PV
Diagramme pV du cycle d’Otto. La zone délimitée par la piste cyclable complète représente le travail total pouvant être effectué au cours d’un cycle.

Dans un cycle d’Otto idéal , le système qui exécute le cycle subit une série de quatre processus réversibles en interne: deux processus isentropiques (adiabatiques réversibles) alternés avec deux processus isochoriques:

  1. Compression isentropique (course de compression) – Le gaz (mélange air-carburant) est comprimé de manière adiabatique de l’état 1 à l’état 2, le piston se déplaçant du point mort bas au point mort haut. Les environs travaillent sur le gaz, en augmentant son énergie interne (température) et en le comprimant. Par contre, l’entropie reste inchangée. Les variations de volume et son rapport ( 1 / V 2 ) sont appelés taux de compression.
  2. Compression isochorique (phase d’allumage) – Dans cette phase (entre les états 2 et 3), il y a transfert de chaleur à volume constant (le piston est au repos) à l’air d’une source externe alors que le piston est au repos au point mort haut. . Ce processus est destiné à représenter l’inflammation du mélange carburant-air injecté dans la chambre et la combustion rapide qui en résulte. La pression augmente et le rapport ( 3 / P 2 ) est appelé «rapport d’explosion».
  3. Expansion isentropique (coup de force) – Le gaz se dilate de manière adiabatique de l’état 3 à l’état 4, lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas. Le gaz fonctionne sur l’environnement (piston) et perd une quantité d’énergie interne égale au travail qui quitte le système. Encore une fois, l’entropie reste inchangée. Le rapport de volume ( 4 / V 3 ) est appelé ratio de dilatation isentropique, mais pour le cycle d’Otto, il est égal au taux de compression.
  4. Décompression isochorique (course d’échappement) – Dans cette phase, le cycle se termine par un processus à volume constant dans lequel la chaleur est rejetée de l’air pendant que le piston est au point mort bas. La pression de gaz de travail chute instantanément du point 4 au point 1. La soupape d’échappement s’ouvre au point 4. La course d’échappement se fait immédiatement après cette décompression. Lorsque le piston se déplace du point mort bas (point 1) au point mort haut (point 0) avec la soupape d’échappement ouverte, le mélange gazeux est évacué dans l’atmosphère et le processus recommence à nouveau.

Pendant le cycle d’Otto, le travail est effectué sur le gaz par le piston entre les états 1 et 2 ( compression isentropique ). Le travail se fait par le gaz sur le piston entre les étapes 3 et 4 ( détente isentropique ). La différence entre le travail effectué par le gaz et le travail effectué sur le gaz est le travail net produit par le cycle et il correspond à la zone délimitée par la courbe du cycle. Le travail produit par le cycle multiplie la vitesse du cycle (cycles par seconde) par la puissance produite par le moteur Otto.

Processus isentropique

Un processus isentropique est un processus thermodynamique , dans lequel l’ entropie du fluide ou du gaz reste constante. Cela signifie que le processus isentropique est un cas particulier d’un processus adiabatique dans lequel il n’y a pas de transfert de chaleur ou de matière. Il s’agit d’un processus adiabatique réversible . L’hypothèse d’absence de transfert de chaleur est très importante, car nous ne pouvons utiliser l’approximation adiabatique que dans des processus très rapides .

Processus isentropique et première loi

Pour un système fermé, on peut écrire la première loi de la thermodynamique en termes d’enthalpie :

dH = dQ + Vdp

ou

dH = TdS + Vdp

Processus isentropique (dQ = 0):

dH = Vdp → W = H 2 – H 1     → H 2 – H 1 = p (T 2 – T 1 )     (pour le gaz parfait )

Processus isentropique du gaz parfait

Le processus isentropique (un cas particulier du processus adiabatique) peut être exprimé avec la loi du gaz parfait comme:

pV κ = constant

ou

1 V κ = p 2 V κ

dans laquelle κ = c p / c v est le rapport des chaleurs spécifiques (ou capacités calorifiques ) pour le gaz. Un pour une pression constante (c p ) et un pour un volume constant (c v ) . Notez que ce rapport κ  = c p / c v est un facteur déterminant la vitesse du son dans un gaz et d’autres processus adiabatiques.

Processus isochorique

Un processus isochore est un processus thermodynamique, dans lequel le volume du système fermé reste constant (V = const). Il décrit le comportement du gaz à l’intérieur du conteneur, qui ne peut pas être déformé. Étant donné que le volume reste constant, le transfert de chaleur dans ou hors du système ne fonctionne pas avec le p∆V , mais modifie uniquement l’ énergie interne (la température) du système.

Processus isochorique et première loi

La forme classique de la première loi de la thermodynamique est l’équation suivante:

dU = dQ – dW

Dans cette équation, dW est égal à dW = pdV et est connu comme le travail aux limites . Alors:

dU = dQ – pdV

Dans le processus isochore et le gaz parfait , toute la chaleur ajoutée au système sera utilisée pour augmenter l’énergie interne.

Processus isochorique (pdV = 0):

dU = dQ     (pour le gaz parfait)

dU = 0 = Q – W → W = Q       (pour le gaz parfait)

Processus isochorique du gaz parfait

Le processus isochore peut s’exprimer avec la loi du gaz parfait comme:

processus isochore - équation 1

ou

processus isochore - équation 2

Sur un diagramme pV , le processus se produit le long d’une ligne horizontale qui a l’équation V = constante.

Voir aussi:  Loi de Guy-Lussac

Processus isentropique - caractéristiques
Processus isentropique – principales caractéristiques
Processus isochorique - principales caractéristiques
Processus isochorique – principales caractéristiques

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: [email protected] ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci