Fiche d’exercices de Moteurs thermiques et réfrigérateurs avec corrigé

Un moteur thermique reçoit 2000 kJ de chaleur d’une source chaude et en rejette 1300 kJ vers une source froide à chaque cycle. Trouvez le travail net W produit par cycle.

Un réfrigérateur extrait de la chaleur de son compartiment froid à raison de 0,46 kW tandis que son compresseur consomme 0,2 kW. Trouvez son coefficient de performance COP_R.

Un moteur thermique fonctionne entre une source chaude à 225 °C et une source froide à 25 °C. Il reçoit 1400 kJ de chaleur. Trouvez le travail maximal W_max qu’il pourrait produire.

Un moteur thermique reçoit de la chaleur d’une source à 450 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 25 °C. Son rendement thermique réel est de 35 %. Trouvez son rendement exergétique η_II, rapport du rendement réel au rendement de Carnot.

Un moteur de Carnot reçoit 140 kW de chaleur d’une source à 950 °C et rejette de la chaleur vers l’environnement à 25 °C. Tout son travail entraîne un réfrigérateur de Carnot qui extrait de la chaleur d’un congélateur à -20 °C et rejette lui aussi de la chaleur vers l’environnement à 25 °C. Trouvez la puissance thermique Q̇_L extraite du congélateur.

Une pompe à chaleur fournit 18,5 kW de chaleur à un système de chauffage à 21 °C, en prélevant de la chaleur à une source à 0 °C. Son COP réel vaut 50 % du COP de Carnot entre ces températures. Trouvez la puissance électrique Ẇ qu’elle consomme.