Moteurs
Manip 1
Mesure de la chaleur et de la puissance utile
La puissanceP2fournie par le corps de chauffe est donn´ee par la loi de Joule :P2=U·I. Nous avons effectu´e la mesure suivante :
TensionU [V] CourantI[A] PuissanceP2 [W]
12.0±0.5 2.0±0.05 24±2
La puissance utile est ´egale au produit de la force de frottement par la vitesse (ou du couple de freinage par la vitesse angulaire). Le rayon de l’axe sur lequel on exerce le frottement est de 5 mm.
Putile=Ff r·v=Ff r·2πR T Les valeurs mesur´ees sont :
Force [N] T p´eriode [s] PuissancePutile [W]
0.3±0.005 0.125±0.005 0.08±0.02
Diagramme P − V
Nous mesurons une surface d’environ 13±1 division2. Un volume de 10 ml correspond `a 3.7± 0.2 divisions. Le volume varie donc de (2.7±0.2)·10−6m3/division. Verticalement, une division correspond
`
a 500 mV. La pression varie donc de 5.4·103 Pa/division. L’´energie correspondant `a 1 division2 est de (1.5±0.1)·10−2J. L’´energie du cycle est donc de 0.20±0.04 J. Cela nous donne une puissance PP−V = 1.6±0.2 W.
Rendements
On trouve les r´esultats suivants :
ηutile ηP−V
0.3±0.1 % 7±1 %
La diff´erence entre les deux valeurs de rendement est essentiellement due aux frottements dans le moteur lui-mˆeme (le piston, l’axe, . . . ).
Rendement de Carnot
Le rendement de Carnot d’un moteur est donn´e par η= 1−T1
T2 (1)
La source froide est `a la temp´eratureT1= 312 K et la source chaude `a la temp´eratureT2= 383 K et le rendement de Carnot vaut 19 %.
La valeur du rendement calcul´ee avec la puissancePP−V est du mˆeme ordre de grandeur que celui donn´ee par le rendement de Carnot. La diff´erence peut ˆetre imput´ee aux pertes thermiques (toute la puissanteP2 n’est pas transmise au cylindre).
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