Physique g´en´erale
Session Pratique et Exercices
1`ere ann´ee Premier Semestre
11. Moteurs Manip
– Objectifs : ´etudier le moteur de Stirling
Exp´erimentalement, on mesure la diff´erence de temp´erature entre la source chaude et la source froide, la fr´equence de rotation du moteurν, le courantI et la tensionU appliqu´e sur le corps de chauffe fournissant de la chaleur. On mesure ´egalement le diagramme P-V.
(a) D´eterminer la puissance de la source de chaleurP2et la puissance m´ecanique utilePutile(par frottement sur l’axe de rotation).
Q
2Q
1U = [V]
I = [A]
=> P2= U*I = [W]
Frottements= Ffr = [N]
Fréquence = ν = [s-1] Rayon = R = 0.07 [m]
= > Putile = Ffr . 2π . R . ν Putile = [W]
W
utile+ W
pertesQ
pertesT
2T
1(b) D’apr`es le diagrammeP−V (figure 1), calculer la surface du cycle de Stirling en division2. La variation maximale du volume est de 10 ml. En d´eduire la variation de volume (en m3) par division. La sonde de pression g´en`ere un signal de 92 mV / kPa. En d´eduire la pression (en Pa) par division. Calculer l’´energie correspondant `a une surface de 1 division2 et en d´eduire l’´energie d’un cycle. Connaissant la fr´equence de rotation, d´eterminer la puissance correspondantePP−V.
(c) Calculer le rendement effectif de la puissance m´ecanique utile (=Putile/P2) et le rendement de la puissance mesur´ee sur le diagramme P −V (= PP−V/P2). Comment expliquer la diff´erence ?
(d) D´eterminer le rendement de Carnot id´eal (η= 1−TT1
2). On consid`ere que la temp´erature de la source froide est ´egale `a la temp´erature ambiante. Comparer le rendement effectif (PP−V/P2) au rendement id´eal.
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1`ere ann´ee Premier Semestre
Fig.1: Diagramme P-V. L’axe vertical correspond `a la pression (500 mV/division et 92 mV/kPa) et l’axe horizontal au volume.
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