Loi des gaz parfaits
- Loi des gaz parfaits
- pV = nRT
- Constante des gaz parfaits
- R = 8,314 J/(mol·K)
- Loi combinée des gaz
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- Moles
- n = m/M
- Température
- T[K] = T[°C] + 273,15
Formulaires, étapes clés de la méthode pour chaque thème et 8 exercices, avec les corrigés complets à la fin.
Quel volume V occupent 480 g de N₂ à 550 kPa et 0 °C ? Considérez-le comme un gaz parfait.
Trouvez la masse volumique ρ de N₂ à 350 kPa et 60 °C, en le considérant comme un gaz parfait.
Du mélange glycolé chaud refroidit de l’eau dans un échangeur à contre-courant sans pertes. Trouvez la température de sortie de l’eau tout.
Du éthanol chaud réchauffe de l’eau dans un échangeur qui perd vers l’extérieur 10 % de la chaleur cédée par le flux chaud. Trouvez le débit d’eau ṁc nécessaire.
Un moteur thermique fonctionne entre une source chaude à 350 °C et une source froide à 20 °C. Il reçoit 2700 kJ de chaleur. Trouvez le travail maximal Wmax qu’il pourrait produire.
Une pompe à chaleur maintient une maison à 20 °C alors qu’il fait 7 °C dehors, en fournissant 14 kW de chaleur à la maison. Trouvez le coefficient de performance maximal possible COPmax.
Un cycle Diesel idéal a un rapport volumétrique r = 15 et un rapport d’injection rc = v₃/v₂ = 3. Au début de la compression, l’air est à 300 K. Utilisez les hypothèses de l’air standard froid : l’air est un gaz parfait à capacités thermiques constantes, k = 1,4, cp = 1,005 kJ/(kg·K) et cv = 0,718 kJ/(kg·K). Trouvez la température T3 à la fin de l’apport de chaleur, en K.
Une installation de turbine à gaz fonctionne selon un cycle de Brayton avec un rapport de pression au compresseur de 15. L’air entre dans le compresseur à 310 K et dans la turbine à 1200 K. Le compresseur a un rendement isentropique de 85 % et la turbine de 90 %. Utilisez les hypothèses de l’air standard froid : l’air est un gaz parfait à capacités thermiques constantes, k = 1,4, cp = 1,005 kJ/(kg·K) et cv = 0,718 kJ/(kg·K). Trouvez le travail net fourni wnet par kilogramme d’air, en kJ/kg.
Réponse: V = 70,76 L
Loi des gaz parfaits : PV = nRT, avec n = m/M.
Réponse: ρ = 3,539 kg/m³
Masse volumique d’un gaz parfait : ρ = PM/(RT).
Réponse: tout = 91,77 °C
Bilan d’énergie de l’échangeur : sans pertes, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Réponse: ṁc = 1,182 kg/s
Bilan d’énergie avec pertes : chaleur cédée = chaleur absorbée + chaleur perdue.
Réponse: Wmax = 1430 kJ
Limites du second principe : aucun cycle entre des sources aux températures absolues TH et TL ne peut battre le cycle réversible (de Carnot) : ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) et COPHP,max = TH/(TH − TL). L’énergie est toujours conservée : QH = W + QL.
Réponse: COPmax = 22,55
Limites du second principe : aucun cycle entre des sources aux températures absolues TH et TL ne peut battre le cycle réversible (de Carnot) : ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) et COPHP,max = TH/(TH − TL). L’énergie est toujours conservée : QH = W + QL.
Réponse: T3 = 2659 K
Cycle Diesel (moteur à allumage par compression) : 1→2 compression isentropique, 2→3 apport de chaleur à pression constante, 3→4 détente isentropique, 4→1 rejet de chaleur à volume constant. Avec le rapport volumétrique r = v₁/v₂ et le rapport d’injection rc = v₃/v₂ : T₂ = T₁·rk−1, T₃ = rc·T₂, qin = cp·(T₃ − T₂) et η = 1 − (1/rk−1)·(rck − 1)/(k·(rc − 1)).
Réponse: wnet = 156,7 kJ/kg
Cycle de Brayton (turbine à gaz) : 1→2 compression isentropique, 2→3 apport de chaleur à pression constante, 3→4 détente isentropique dans la turbine, 4→1 rejet de chaleur à pression constante. Avec le rapport de pression rp = P₂/P₁ : T₂ = T₁·rp(k−1)/k, T₄ = T₃/rp(k−1)/k et η = 1 − 1/rp(k−1)/k. Travail net w = cp·[(T₃ − T₄) − (T₂ − T₁)]. Avec les rendements isentropiques, le compresseur demande ws/ηc et la turbine fournit ηt·ws.
Rapport de travail de compression : wc/wt = 73,21%.
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