Travail d'une force - Définition

Travail des forces de pression

Le travail induit par les forces de pression correspond à la forme de travail la plus courante rencontrée en thermodynamique classique, discipline qui s'est développée avec l'avènement de l'ère industrielle basée essentiellement sur la machine à vapeur.

Le travail mécanique mis en jeu dans un moteur thermique par l'intermédiaire d'un ensemble cylindre-piston, correspond au travail du piston contre la pression extérieure, .

Soit , la force exercée par le milieu extérieur sur le piston de surface .

Si le piston se déplace d'une petite longueur élémentaire , le travail élémentaire effectué par celui-ci devient:

or

d'où

On obtient ainsi:

est une variation infinitésimale de volume du système qui correspond sur un plan mathématique, à la différentielle du volume.

Pour respecter la règle des signes qui veut que le travail fourni par le système moteur au milieu extérieur soit négatif, étant positif (détente), il convient d'ajouter le signe moins.

Pour une transformation réelle définie par la trajectoire AB, le travail dépend de cette trajectoire et n'est donc pas indépendant du chemin suivi:

Remarques

• Si le piston travaille contre le vide, le travail est nul. Cela est évident si l'on prend l'exemple d'une plaquette de beurre dans laquelle on enfonce un couteau. Le travail fourni est moins important à température ambiante qu'à la température d'un réfrigérateur d'où le beurre vient d'être sorti et qui est donc plus dur.

• Dans le cas d'une transformation isobare (p = Cte); cas rencontré fréquemment, d'un moteur travaillant contre la pression atmosphérique:

Dans ce cas le travail ne dépend plus du chemin suivi mais des états d'équilibre A et B.