3. ĐỊ

NH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT

3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ 1

3.2 Công – Nhiệt lượng

3.3 ĐLNĐ 1 cho hệ kín

p.1p.1

3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ thứ 1

ứng dụng trong phạm vi NHIỆT

Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi mà chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác

Tổng năng lượng của 1 hệ CÔ LẬP là không đổi

(cid:190) Thực chất là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

E =

1 E

2

p.2p.2

Ví dụ:

Ut = 10 kJ Ud = 0 kJ

Ut = 7 kJ Ud = 3 kJ

const

UNNE +

+

=

=

t

d

Thế năng

Động năng

Nội năng

xTfU = ),(

mgh

2 ωm

N t =

N đ =

1 2

h

p.3p.3

Nói thêm về nội năng U (cid:190) Là năng lượng bên trong, gây ra do chuyển động và tương

tác giữa các phân tử trong vật thể.

Ví dụ: - đối với vật rắn

p.4p.4

Chú ý

(cid:190) Nếu hệ không trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT)

với bên ngoài

hay

0=ΔE

const

UNNE +

+

=

=

t

d

(cid:190) Nếu hệ có trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT) với

bên ngoài

0≠Δ E

p.5p.5

Định luật nhiệt động thứ 1

WQE

=Δ

−

Công do hệ SINH RA

Lượng biến đổi năng lượng của hệ

Nhiệt lượng mà hệ NHẬN VÀO

U

E Δ=Δ

- W mang dấu

- Khi thế năng và động năng hệ không thay đổi: dương (+) khi hệ nhận nhiệt - Q mang dấu âm (-) khi hệ sinh nhiệt dương (+) khi hệ sinh công âm (-) khi hệ nhận công

(cid:190) Chú ý:

p.7p.7

Định luật nhiệt động thứ 1 – Ví dụ

P = ??

3

25.1

mkg /

kk =ρ

m

Pt

0

−

0 −=

EE

WQE

=Δ

−

−

=

2 1ω

1

2

1 2

2

2

10

*

P

25.1*

10*

1766250

1766

=

=

π

=

≈

( W

)

( kW

)

2 ω 1

1 2

1 2

60 4

m t

⎛ ⎜⎜ ⎝

⎞ ⎟⎟ ⎠ p.8p.8

(cid:190) Vd 1: tính công suất động cơ gió

(cid:190) Vd 2: làm nguội bình chứa bằng máy khuấy

=Δ

−

=

WQ −

UUU 2

1

U

WQU

800

500

100

400

=

+

−

=

=

( −+

)

( −−

)

)kJ (

2

1

p.9p.9

(cid:190) Vd 3: nhiệt tỏa ra từ tủ lạnh

kW

• W 2=

Qout = ??

Q

W

=Δ

−

=

−

)

( −−

) 0 =

UUU 2

1

( Q in

out

• W

0

• Q

• Q

• W

360

60*2

480

kJ

/

min

+

⇒=

=

+

=

+

=

• • QQ − in

out

in

out

Qin=360 kJ/min

p.10p.10

3.2 Công – Nhiệt lượng

(cid:190) 3.2.1 Công:

* Nếu lực không đổi

xFW =

( )J

2

dx

( ) xF

( )J

* Nếu lực thay đổi

W ∫=

1

p.11p.11

Công = Công kỹ thuật + Công lưu động

CÔNG KỸ THUẬT

(cid:190) Công giãn nở (nén) trong hệ thống kín

(cid:190) Công liên quan đến trục quay

(cid:190) Công liên quan đến hiệu ứng điện

(cid:190) Công lưu động trong hệ thống hở

p.12p.12

Công giãn nở (hoặc nén) trong hệ thống kín

pdV

W =δ

V 2

W

pdV

12

∫=

Công sinh ra khi chất môi giới thay đổi thể tích từ trạng thái 1 (cid:198) 2 là:

V 1

p.13p.13

Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng áp p = const

V 2

W

pdV

12

∫=

V 1

W

=

−

( Vp

12

2

)1 V

p.14p.14

Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng nhiệt T=const

(Khí lý tưởng)

p =

GRT V

V 2

V 2

W

pdV

GRT

=

12

= ∫

∫

dV V

V 1

V 1

GRT

ln

=

V 2 V 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

ln

W

=

12

VP 11

V 2 V 1

⎞ ⎟⎟ ⎠

⎛ ⎜⎜ ⎝

p.15p.15

3.2.2 NHIỆT LƯỢNG

A/ Tính Nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

B/ Tính Nhiệt lượng theo sự thay đổi Entrôpi

p.18p.18

A. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

Q = Gc (t2-t1)

trong đó: * Q (kJ): nhiệt lượng cung cấp cho quá trình * G (kg): khối lượng chất môi giới * c (kJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của quá trình * t1, t2 (oC): nhiệt độ đầu và cuối của quá trình

p.19p.19

Tóm tắt về nhiệt dung riêng (NDR)

(cid:190) Định nghĩa: NDR của 1 chất được định nghĩa là năng lượng cần cung cấp để 1kg chất tăng thêm 1 độ C.

(cid:190) Đơn vị: (kJ/kg.độ), (kcal/kg.độ)

(cid:190) Phân loại:

- cp: NDR đẳng áp

Q p G

t1

t2

Q

- cv: NDR đẳng tích

G

p.20p.20

Tính toán NDR

A1. Tính NDR cho chất khí

UΔ

- Quá trình đẳng tích (v = const)

Q

dU

Q

=

=

dTGc v

Vp

Δ=

WKT

c

=

v

u ∂ T ∂

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

v

UΔ

- Quá trình đẳng áp (p = const)

Q

dU

dU

pdV

=

WQ −

⇒

=

−

KT

dTGc p

c

=

( Ud

pV

)

+

=

p

dTGc p

i ∂ T ∂

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

p

* Chú ý: ta luôn có cp> cv

p.21p.21

RT

i

RT

pv =

u +=

Vì u của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

u = i =

( )Tu ( )Ti

Suy ra:

c

c

R

=

+

R

=

+

p

v

di dT

du dT

c

p

được gọi là số mũ đoạn nhiệt của khí lý tưởng

k =

c

v

(cid:153) Riêng đối với khí lý tưởng:

p.22p.22

p

A2. Tính NDR cho chất lỏng và chất rắn

- Đối với chất lỏng và rắn: v = const (cid:198) cp = cv = c (cid:153) Nội năng: chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

du

u

c

=

=Δ⇒

( ) dTTc

( )1 2 T T −

TB

di

( ud

pv

)

vdp

du

vdp

=

+

=

+

=

+

+

T

/

i =Δ

pv Δ+Δ

du ( kJ

pdv )kg

c TB

u

i

c

T

=Δ=Δ

(cid:153) Entanpi:

- Chất rắn:

pv Δ không đáng kể:

TB Δ

- Chất lỏng:

+ Quá trình đẳng áp:

u

i

c

T

=Δ=Δ

+ Quá trình đẳng nhiệt (BƠM):

pv

i

TB Δ Δ=Δ

p.23p.23

B. Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi Entrôpi

2

ds

=

q

dsT

∫=

q δ T

1

T

2

1

Q bằng diện tích a12b

a

b

s

(cid:190) Lượng biến đổi entropi ds của 1 kg khối lượng chất môi giới trong 1 quá trình thuận nghịch đuợc tính theo công thức:

p.24p.24

2.3 Định luật Nhiệt động thứ 1 cho hệ KÍN

WKT

EΔ

Q

WQE

WEQE =

+

+

=Δ⇒

−

2

1

KT

KT

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng:

=Δ

U

E Δ=Δ

KTWQU −

Trong các hệ nhiệt động kín, thường không có sự thay đổi về động năng và thế năng:

p.25p.25