Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

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Nom: ____________________   Date: ____________

1.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 1300 kJQL​ = 715 kJW

Un moteur thermique reçoit 1300 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 715 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez son rendement thermique η.

QH = 1300 kJQL = 715 kJ
η = %
2.Facile
source chaudesource froideEQH​ = 2300 kJQL​ = 1725 kJW = ?

Un moteur thermique reçoit 2300 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 1725 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez le travail net W produit par cycle.

QH = 2300 kJQL = 1725 kJ
W = kJ
3.Moyen
TH​ = 40 °CTL​ = -5 °CRQ̇H​ = ?Q̇L​ = 7 kWẆ

Un réfrigérateur réversible maintient une chambre froide à -5 °C en extrayant 7 kW de chaleur, et rejette de la chaleur vers l’environnement à 40 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇H qu’il rejette.

TL = -5 °CTH = 40 °CQ̇L = 7 kW
Q̇H = kW
4.Moyen
TH​ = 550 °CTL​ = 15 °CEQH​QL​W

Un moteur thermique fonctionne entre une source chaude à 550 °C et une source froide à 15 °C. Trouvez le rendement thermique maximal possible ηmax.

TH = 550 °CTL = 15 °C
ηmax = %
5.Difficile
TH​ = 35 °CTL​ = 2 °CHPQ̇H​ = 8,5 kWQ̇L​Ẇ = ?

Une pompe à chaleur fournit 8,5 kW de chaleur à un système de chauffage à 35 °C, en prélevant de la chaleur à une source à 2 °C. Son COP réel vaut 45 % du COP de Carnot entre ces températures. Trouvez la puissance électrique Ẇ qu’elle consomme.

TH = 35 °CTL = 2 °CηII = 45%Q̇H = 8,5 kW
Ẇ = kW
6.Difficile
TH​ = 750 °CT0​ = 30 °CTL​ = -30 °CERWQ̇H​ = 70 kWQ̇L​ = ?

Un moteur de Carnot reçoit 70 kW de chaleur d’une source à 750 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 30 °C. Tout son travail entraîne un réfrigérateur de Carnot qui extrait de la chaleur d’un congélateur à -30 °C et rejette lui aussi de la chaleur vers l’environnement à 30 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇L extraite du congélateur.

TH = 750 °CT0 = 30 °CTL = -30 °CQ̇H = 70 kW
Q̇L = kW

Corrigé

  1. 1. η = 45 %
  2. 2. W = 575 kJ
  3. 3. Q̇H = 8,175 kW
  4. 4. ηmax = 64,99 %
  5. 5. Ẇ = 2,023 kW
  6. 6. Q̇L = 199,6 kW

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