Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2.1: Định luật nhiệt động thứ nhất - TS. Hà Anh Tùng (ĐH Bách khoa TP.HCM)

Chia sẻ: Lê Đình Tâm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

180
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 2.1: Định luật nhiệt động thứ nhất trình bày ý nghĩa của động lực nhiệt động, công - nhiệt lượng, động lực nhiệt động cho một hệ kín.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2.1: Định luật nhiệt động thứ nhất - TS. Hà Anh Tùng (ĐH Bách khoa TP.HCM)

3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT 3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ 1 3.2 Công – Nhiệt lượng 3.3 ĐLNĐ 1 cho hệ kín p.1
3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ thứ 1 ¾ Thực chất là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng 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 E1 = E 2 p.2
Ví dụ: Ut = 10 kJ Ud = 0 kJ h Ut = 7 kJ Ud = 3 kJ E = N t + N d + U = const Thế năng Động năng Nội năng N t = mgh 1 U = f (T , x) Nđ = mω 2 2 p.3
Nói thêm về nội năng U ¾ 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.4
Chú ý ¾ Nếu hệ không trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT) với bên ngoài E = N t + N d + U = const hay ΔE = 0 ¾ Nếu hệ có trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT) với bên ngoài ΔE ≠ 0 p.5
Định luật nhiệt động thứ 1 ΔE = Q −W Lượng biến Nhiệt lượng đổi năng lượng mà hệ Công do hệ của hệ NHẬN VÀO SINH RA ¾ Chú ý: - Khi thế năng và động năng hệ không thay đổi: Δ E = ΔU - Q mang dấu dương (+) khi hệ nhận nhiệt âm (-) khi hệ sinh nhiệt - W mang dấu dương (+) khi hệ sinh công âm (-) khi hệ nhận công p.7
Định luật nhiệt động thứ 1 – Ví dụ ¾ Vd 1: tính công suất động cơ gió P = ?? ρ kk = 1.25 kg / m 3 1 ΔE = E 2 − E1 = Q − W 0− mω12 = 0 − Pt 2 1 m 2 1⎛ 60 2 ⎞ P= ω1 = ⎜10π * ⎜ * 1.25 ⎟⎟ * 10 2 = 1766250 (W ) ≈ 1766 (kW ) 2 t 2⎝ 4 ⎠ p.8
¾ Vd 2: làm nguội bình chứa bằng máy khuấy ΔU = U 2 − U 1 = Q − W U 2 = U 1 + Q − W = 800 + (− 500) − (− 100) = 400 (kJ ) p.9
¾ Vd 3: nhiệt tỏa ra từ tủ lạnh Qout = ?? • W = 2 kW Qin=360 kJ/min ΔU = U 2 − U 1 = (Qin − Qout ) − (− W ) = 0 • • • • • • Q in − Q out + W = 0 ⇒ Q out = Q in + W = 360 + 2 * 60 = 480 kJ / min p.10
3.2 Công – Nhiệt lượng ¾ 3.2.1 Công: * Nếu lực không đổi W =Fx (J ) 2 * Nếu lực thay đổi W = ∫ F ( x ) dx ( J ) 1 p.11
Công = Công kỹ thuật + Công lưu động CÔNG KỸ THUẬT ¾ Công giãn nở (nén) trong hệ thống kín ¾ Công liên quan đến trục quay ¾ Công liên quan đến hiệu ứng điện ¾ Công lưu động trong hệ thống hở p.12
Công giãn nở (hoặc nén) trong hệ thống kín δW = pdV V2 ∫ pdV Công sinh ra khi chất môi giới thay W12 = đổi thể tích từ trạng thái 1 Æ 2 là: V1 p.13
Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng áp p = const V2 W12 = ∫ pdV V1 W12 = p (V2 − V1 ) p.14
Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng nhiệt T=const GRT p= (Khí lý tưởng) V V2 V2 dV W12 = ∫ pdV = GRT ∫ V1 V1 V ⎛V ⎞ = GRT ln⎜⎜ 2 ⎟⎟ ⎝ V1 ⎠ ⎛ V2 ⎞ W12 = P1V1 ln⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ V1 ⎠ p.15
3.2.2 NHIỆT LƯỢNG A/ Tính Nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng B/ Tính Nhiệt lượng theo sự thay đổi Entrôpi p.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.19
Tóm tắt về nhiệt dung riêng (NDR) ¾ Định nghĩa: NDR của 1 chất được định nghĩa là năng lượng cần cung cấp để 1kg chất tăng thêm 1 độ C. ¾ Đơn vị: (kJ/kg.độ), (kcal/kg.độ) ¾ Phân loại: Q p G - cp: NDR đẳng áp t1 t2 Q - cv: NDR đẳng tích G p.20
Tính toán NDR A1. Tính NDR cho chất khí - Quá trình đẳng tích (v = const) ΔU Q dU = Q = Gcv dT ⎛ ∂u ⎞ WKT = pΔV cv = ⎜ ⎟ ⎝ ∂T ⎠ v - Quá trình đẳng áp (p = const) ΔU Q dU = Q − WKT ⇒ dU = Gc p dT − pdV ⎛ ∂i ⎞ d (U + pV ) = Gc p dT cp = ⎜ ⎟ ⎝ ∂T ⎠ p * Chú ý: ta luôn có cp > c v p.21
Riêng đối với khí lý tưởng: pv = RT i = u + RT Vì u của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ u = u (T ) i = i (T ) Suy ra: di du c p = cv + R = +R dT dT cp k= được gọi là số mũ đoạn nhiệt của khí lý tưởng cv p.22
p A2. Tính NDR cho chất lỏng và chất rắn - Đối với chất lỏng và rắn: v = const Æ cp = cv = c Nội năng: chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ du = c(T ) dT ⇒ Δu = cTB (T2 − T1 ) Entanpi: di = d (u + pv) = du + pdv + vdp = du + vdp Δ i = cTB ΔT + v Δp (kJ / kg ) - Chất rắn: v Δp không đáng kể: Δi = Δ u = cTB ΔT - Chất lỏng: + Quá trình đẳng áp: Δi = Δ u = cTB ΔT + Quá trình đẳng nhiệt (BƠM): Δi = v Δp p.23