4/17/2018
1
Chap06: The 2nd Law of
Thermodynamics
Định luật nhiệt động học 2
By Assoc. Prof. Le Van Diem
Contents
› Introduction to the 2nd Law of
Thermo
› Heat Engines & Thermal
Reservoirs
› The 2nd Law of
Thermodynamics
› Reversible and Irreversible
Processes
› The Carnot Cycle
› The Thermo & IG T-Scales
› Carnot Efficiency
› Giới thiệu định luật 2
› Máy nhiệt và nguồn nhiệt
› Nội dung định luật 2
› Quá trình thuận nghịch và
không thuận nghịc
› Chu trình Các nô
› Thang nhiệt độ
› Hiệu suất chu trình Các nô
4/17/2018
2
Mục tiêu của chương
› Giới thiệu ĐL 2: Chiều diến ra các quá trình.
› Tìm hiểu các quá trình thỏa mãn cả 2 định
luật (bảo toàn năng lượng và chiều diễn ra).
› Làm quen với các khái niệm về nguồn nhiệt,
quá trình thuận nghịch/không thuận nghịch,
các dạng máy nhiệt: Động cơ nhiệt, máy
lạnh, bơm nhiệt.
› Mô tả các cách phát biểu ĐL2.
› Thảo luận về khái niệm động cơ vĩnh cửu.
›Ứng dụng ĐL2 để nghiên cứu các quá trình,
chu trình.
›Ứng dụng ĐL2 để phân tích về thang nhiệt
độ động học.
› Nghiên cứu chu trình Các nô.
› Áp dụng chu trình Các nô cho động cơ nhiệt,
máy lạnh và bơm nhiệt.
› Xác định hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ
số làm nóng của các chu trình động cơ nhiệt,
máy lạnh và bơm nhiệt.
6.1: Giới thiệu định luật 2
› Hiện tượng:
– Cốc coffee tự nguội đi.
– Cấp điện cho may so sinh ra
nhiệt.
– Vật nặng làm cánh khuấy quay
làm nóng chất lỏng trong két.
› Nhận xét 1:
– Cốc coffee trong phòng không tự
nóng lên.
– Cấp nhiệt cho may xo điện không
phát ra điện.
– Cấp nhiệt cho két-cánh khuấy
không làm cho trục quay để nâng
vật nặng lên.
› Nhận xét 2:
– Các hiện tượng trên đều tuân
theo ĐL 1 – Bảo toàn năng lượng.
– Các quá trình ngược lại không
xảy ra.
4/17/2018
3
Giới thiệu định luật nhiệt động 2
› Kết luận:
–ĐL 1:
› Chỉ ra sự bảo toàn năng lượng.
› Không chỉ ra được các điều kiện
thực hiện các quá trình.
› Chỉ đánh giá năng lượng về số
lượng (quantity).
–ĐL 2:
› Chỉ ra chiều hướng diễn ra quá
trình.
›Đánh giá năng lượng không chỉ
về số lượng mà còn về chất
lượng (quality) – (nhiều nhưng
có dùng được không?).
›Đánh giá khả năng, giới hạn sử
dụng năng lượng trong các thiết
bị như động cơ nhiệt, máy lạnh,
hay bơm nhiệt.
– Một quá trình diễn ra cần tuân
theo cả 2 định luật.
6.2: Nguồn nhiệt (Thermal Energy Reservoirs)
› Nguồn nhiệt:
– là môi trường nào đó đủ lớn xung
quanh các hệ thống nhiệt mà khi
trao hay nhận một lượng nhiệt nhất
định với hệ thống thì không làm thay
đổi nhiệt độ.
– Thường tận dụng môi trường tự
nhiên xung quanh làm Nguồn nhiệt.
– Ví dụ:
› Nước: Sông, hồ, biển.
› Không khí xung quanh.
› 2 loại nguồn nhiệt:
– Nguồn nóng (heat source): có nhiệt
độ cao và truyền nhiệt cho hệ.
– Nguồn lạnh (heat sink): có nhiệt độ
thấp và nhận nhiệt từ hệ.
› Nhiệt và vấn đề môi trường:
– Nhiệt thải có thể làm tăng nhiệt độ
môi trường, gây ra ô nhiếm (heat
pollution).
– Nhiệm vụ: Cần phải kiểm soát tốt
nhiệt thải để giảm tác động đến môi
trường
4/17/2018
4
› Quan sát 1:
– Vật nặng rơi theo trọng lực làm
quay cánh khuấy, sinh nhiệt, tăng
nhiệt độ chất lỏng trong két.
– Cấp nhiệt vào cánh khuấy không
làm quay cánh (không nâng được
vật nặng.
› Quan sát 2:
– Quay máy khuấy (bằng công
ngoài) làm tăng nhiệt độ chất lỏng.
– Cấp nhiệt vào chất lỏng không làm
quay máy khuấy.
› Nhận xét:
– Quá trình chỉ diễn ra theo 1 chiều.
– Cả 2 quá trình công biến thành
nhiệt; Nhiệt không biến thành
công.
Hãy tìm một ví dụ nhiệt có thể
biến thành công?
6.3: Động cơ nhiệt (Heat Engines)
Động cơ nhiệt (Heat Engines)
› Kết luận:
– Công có thể biến trực tiếp và hoàn toàn
thành nhiệt (không cần điều kiện gì).
– Nhiệt chỉ có thể biến thành công khi sử
dụng thiết bị đặc biệt, gọi là HEAT
ENGINES.
› Heat engines: Là thiết bị biến nhiệt
thành công.
– Nhận nhiệt từ các nguồn có nhiệt độ cao
(Heat source).
– Biến một phần nhiệt nhận được thành
công.
– Thải phần nhiệt còn lại cho nguồn có
nhiệt độ thấp (Heat sink).
– Hoạt động theo chu kỳ.
› Heat engines cần sử dụng môi chất
để thực hiện việc biến hóa năng
lượng (working fluid).
Hãy nhận dạng các thành phần sau với hệ thống
Heat Engine là động cơ xe máy của bạn:
- Heat source, Heat sink, Working fluid.
- Q(in), W(net, out), Q(out).
4/17/2018
5
Nhận dạng Heat Engines – Nhà máy nhiệt điện
› Cấu tạo:
– Nồi hơi (boiler) để sinh hơi.
– Tuabin (Turbine) để lai máy phát điện.
– Bình ngưng (condenser) để ngưng tụ
hơi nước sau turbine.
– Bơm (pump) để bơm nước trở lại
boiler.
Hãy nhận dạng các thành phần sau với hệ thống:
- Heat source, Heat sink, Working fluid.
- Q(in), W(in), W(out), Q(out).
Hãy viết phương trình cân bằng năng lượng (ĐL1)?
Hệ thống kín hay hệ thống hở?

 


 

Công có ích của Heat Engines
› Công trong Heat Engines:
– Công nhận, W(in);
– Công sinh ra, W(out);
– Công có ích, W(net, out):
› Vì sao

?
Hãy nhận dạng các thành phần sau với động cơ
diesel:
- Heat source, Heat sink, Working fluid.
- Q(in), W(in), W(out), Q(out).