16 Exemples de moteurs de Carnot – moteurs thermiques idéaux (application du deuxième principe de la thermodynamique)
1. Observez le graphique P-V du moteur de Carnot ci-contre ! Si la chaleur absorbée (Q1 ) = 10 000 joules, alors le travail effectué par le moteur de Carnot est de…
A. 1.500 J 
B. 4.000 J
C. 5.000 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Discussion
Il est connu que :
Basse température (T₂ ) = 400 K
Température élevée (T1 ) = 800 K
Chaleur absorbée (Q 1 ) = 10.000 Joules
Recherche : Travaux produits par le moteur de Carnot (W)
Répondre :
Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :
Travail effectué par le moteur de Carnot :
W = e Q 1
W = (1/2)(10.000) = 5000 joules
La bonne réponse est C.
2. Regardez l'image sur le côté ! La quantité de travail effectuée par le moteur en un cycle est…
A. 300 J
B. 400 J
C. 500 J
D. 600 J
E. 700 J
Discussion
Il est connu que :
Basse température (TL ) = 400 K
Température élevée (TH ) = 600 K
Chaleur absorbée (Q 1 ) = 600 Joules
Recherche : Travaux produits par le moteur de Carnot (W)
Répondre :
Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :
Travail effectué par le moteur de Carnot :
W = e Q 1
W = (1/3)(600) = 200 joules
La bonne réponse est E.
3. Observez le graphique du cycle de Carnot ABCDA ci-dessous ! D'après les données du graphique, le rendement du moteur de Carnot est de…
A. 10% 
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%
Discussion
Il est connu que :
Basse température (TL ) = 350 K
Température élevée (TH ) = 500 K
Question : Rendement du moteur de Carnot (e)
Répondre :
Rendement du moteur de Carnot :
e = (TH – TH ) / TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
La bonne réponse est D.
4. Sur le graphique PV ci-dessous du moteur de Carnot, la source de chaleur à haute température est à 600 K et la source de chaleur à basse température à 400 K. Si le travail fourni par le moteur est W, alors la chaleur dégagée à basse température est…
A.W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Discussion
Il est connu que :
Basse température (TL ) = 400 K
Température élevée (TH ) = 600 K
Question : Chaleur dégagée à basse température (Q 2 )
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
e = (TH – TH ) / TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e Q 1
Description : W = travail effectué par la machine, e = rendement de la machine, Q 1 = chaleur absorbée par la machine.
W = (1/3)(Q 1 )
3W = Q 1
Chaleur dégagée à basses températures :
Q2 = Q1 – W
Q2 = 3W – W
Q² = 2W
La bonne réponse est B.
5. Le graphique PV d'un cycle de Carnot ressemble à la figure suivante. Si 3 000 joules de chaleur sont libérés dans l'environnement, alors la chaleur absorbée par le système est de…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Discussion
Il est connu que :
Basse température (TL ) = 500 K
Température élevée (TH ) = 800 K
Chaleur dégagée (Q2 ) = 3000 joules
Question : Chaleur absorbée par le système (Q 1 )
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
e = (TH – TH ) / TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e Q 1
W = (3/8)(Q 1 )
8W/3 = Q 1
Q2 = Q1 – W
Q2 = 8W/3 – 3W/ 3
Q2 = 5W/ 3
3Q 2 = 5W
W = 3Q2 / 5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
Chaleur absorbée par le système :
Q₁ = W + Q₂ = 1800 + 3000 = 4800 joules
La bonne réponse est C.
6. Un moteur de Carnot reçoit de la chaleur d'une source chaude à 800 K et a un rendement de 50 %. Pour atteindre un rendement de 80 % tout en maintenant la basse température de la source chaude, celle-ci doit être convertie en….
A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K
Discussion
Il est connu que :
Si la température élevée (TH ) = 800 K, le rendement (e) = 50 % = 0,5
Question : Quelle est la température maximale (TH ) pour que le rendement (e) soit de 80 % = 0,8 ?
Répondre :
Basse température = 400 Kelvin
Quelle est la température élevée (TH ) pour que l'efficacité (e) = 80 % ?
Haute température = 2 000 Kelvin
La bonne réponse est B.
7. Un moteur de Carnot fonctionnant avec une source chaude à 600 K a un rendement de 40 %. Pour atteindre un rendement de 75 % avec la source froide restant constante, la température de la source chaude doit être augmentée à…
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K
Discussion
Il est connu que :
Si la température élevée (TH ) = 600 K, le rendement (e) = 40 % = 0,4
Question : Quelle est la température maximale (TH ) pour que le rendement (e) soit de 75 % = 0,75 ?
Répondre :
Basse température = 360 Kelvin
Quelle est la température élevée (TH ) pour que l'efficacité (e) = 75 % ?
Haute température = 2 000 Kelvin
La bonne réponse est E.
8. Un moteur de Carnot reçoit de la chaleur d'une source chaude à 800 K et a un rendement de 50 %. Pour atteindre un rendement de 80 % tout en maintenant la basse température de la source chaude, celle-ci doit être convertie en…
A. 1.600 K
B. 2.000 K
C. 2.400 K
D. 4.000 K
E. 6.400 K
Discussion
Il est connu que :
Si la température élevée (TH) = 800 K, le rendement (e) = 50 % = 0,5
Question : Quelle est la température maximale (TH) pour que le rendement (e) = 80 % = 0,8 ?
Répondre :
Basse température = 400 Kelvin
Quelle est la température élevée (TH) pour que l'efficacité (e) = 80 % ?
Haute température = 2 000 Kelvin
La bonne réponse est B.
9. Un moteur de Carnot fonctionnant avec une source chaude à 600 K a un rendement de 40 %. Pour atteindre un rendement de 75 % avec la source froide restant constante, la température de la source chaude doit être augmentée à…
A. 480 K
B. 840 K
C. 900 K
D. 1028 K
E. 1440 K
Discussion
Il est connu que :
Si la température élevée (TH) = 600 K, le rendement (e) = 40 % = 0,4
Question : Quelle est la température maximale (TH) pour que le rendement (e) = 75 % = 0,75 ?
Répondre :
Basse température = 360 Kelvin
Quelle est la température élevée (TH) pour que l'efficacité (e) = 75 % ?
Haute température = 2 000 Kelvin
La bonne réponse est E.
10. Le rendement d'un moteur de Carnot qui absorbe de la chaleur à une température de 1200 Kelvin et rejette de la chaleur à une température de 300 Kelvin est de…
Discussion
Est connu :
Température élevée (TH) = 1200 K
Basse température (TL) = 300 K
Demandé : Rendement du moteur de Carnot (e)
Répondre :
11. Un moteur de Carnot fonctionne selon un cycle entre 727o127 de CoC. Le moteur absorbe 6 000 joules de chaleur provenant d'une source à haute température. Le rendement du moteur et le travail qu'il effectue en un cycle sont…
Discussion
Est connu :
Température élevée (TH) = 727oC + 273 = 1000 K
Basse température (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Chaleur absorbée (Q)H) = 6000 Joules
Demandé : Rendement (e) et travail (W) effectué par le moteur en un cycle
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e QH
W = (0,6)(6000)
W = 3600 joules
12. Un moteur de Carnot fonctionne entre un réservoir à haute température de 527oRéservoir C et basse température 127oC. Le moteur de Carnot absorbe 10 000 joules de chaleur provenant d'une source chaude. La quantité de chaleur rejetée par le moteur à chaque cycle est…
Discussion
Est connu :
Température élevée (TH) = 527oC + 273 = 800 K
Basse température (TL) = 127oC + 273 = 400 K
Chaleur absorbée (Q)H) = 10.000 Joules
Demandé : Chaleur rejetée par le moteur par cycle
Répondre :
Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :
Travail effectué par le moteur de Carnot :
W = e Q1
W = (0,5)(10.000)
W = 5000 joules
La chaleur dégagée par le moteur par cycle (Q)L) = chaleur absorbée (QH) – travail effectué (W)
QL = QH - W
QL = 10.000 - 5000
QL = 5000 joules
Chaleur dissipée par le moteur par cycle = 5000 joules
13. Déterminez le rendement et le travail effectué par le moteur de Carnot en un cycle à partir du graphique ci-dessous...
Discussion
Est connu :
Température élevée (TH) = 800 K
Basse température (TL) = 300 K
Chaleur absorbée (Q)H) = 1000 Joules
Demandé : Rendement (e) et travail (W) du moteur de Carnot
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e QH
W = (0,625)(1000)
W = 625 joules
14. Regardez le graphique du cycle de Carnot ABCDA ci-dessous !
D'après les données du graphique, le rendement du moteur de Carnot est de…
A. 10%
B. 20%
C. 25%
D. 30%
E. 35%
Discussion
Est connu :
Sec faible (TL) = 350 K
Température élevée (TH) = 500 K
Demandé : Rendement du moteur de Carnot (e)
Répondre :
Rendement du moteur de Carnot :
e = (TH - TL) /TH
e = (500 – 350) / 500
e = 150 / 500
e = 0,3
e = 30/100 = 30%
La bonne réponse est D.
15. Dans le graphique PV suivant du moteur de Carnot, la source de température élevée est à 600 K et la source de température basse est à 400 K. Si effort La puissance fournie par le moteur est W, alors la chaleur dégagée à basse température est...
A.W
B. 2 W
C. 3 W
D. 4 W
E. 6 W
Discussion
Est connu :
Basse température (TL) = 400 K
Température élevée (TH) = 600 K
Demandé Chaleur dégagée à basse température (Q)2)
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
e = (TH - TL) /TH
e = (600 – 400) / 600
e = 200 / 600
e = 1/3
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e Q1
Description : W = travail effectué par la machine, e = rendement de la machine, Q1 = chaleur absorbée par la machine.
W = (1/3)(Q1)
3W = Q1
KAlor est libéré à basses températures :
Q2 = Q1 - W
Q2 = 3W– W
Q2 = 2W
La bonne réponse est B.
16. Le graphique PV d'un cycle de Carnot ressemble à la figure suivante. calorique dont 3 000 joules sont libérés dans l’environnement, puis la chaleur absorbée par le système est…
A. 3.000 J
B. 4.000 J
C. 4.800 J
D. 6.000 J
E. 8.000 J
Discussion
Est connu :
Basse température (TL) = 500 K
Température élevée (TH) = 800 K
Chaleur dégagée (Q)2) = 3000 Joules
Demandé Chaleur absorbée par le système (Q)1)
Répondre :
rendement du moteur de Carnot :
e = (TH - TL) /TH
e = (800 – 500) /8600
e = 300 / 800
e = 3/8
Travail effectué par un moteur de Carnot :
W = e Q1
W = (3/8)(Q1)
8W/3 = Q1
Q2 = Q1 - W
Q2 = 8W/3 – 3W/3
Q2 = 5W/3
3Q2 = 5W
W = 3Q2/5 = 3(3000)/5 = 9000/5 = 1800
KAlor absorbé par le système :
Q1 = W + Q2 = 1800 + 3000 = 4800 joules
La bonne réponse est C.
Source de la question :
Questions de physique pour l'examen national de fin d'études secondaires/professionnelles
