Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 3: Định luật nhiệt động thứ 2 - 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

217
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung Chương 3 Định luật nhiệt động thứ 2 gồm có: Giới thiệu, hai phát biểu cơ bản của định luật nhiệt động thứ 2, quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch, chu trình Carnot, các hệ quả của định luật nhiệt động thứ 2.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 3: Định luật nhiệt động thứ 2 - TS. Hà Anh Tùng (ĐH Bách khoa TP.HCM)

4. Định luật nhiệt động thứ 2 4.1 Giới thiệu: 4.2 Hai phát biểu cơ bản của Định luật nhiệt động thứ 2 4.3 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch 4.4 Chu trình Carnot 4.5 Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ 2 p.2
4.1 Giới thiệu ¾ Định luật nhiệt động 1 không cho biết được chiều hướng diễn biến của một quá trình - Ví dụ: Quá trình gia Dòng nhiệt nhiệt cho không thể tự nước để làm động di chuyển quay trục từ nơi có nhiệt quay không độ thấp đến nơi xảy ra trong có nhiệt độ cao thực tế Để 1 quá trình có thể diễn ra, cần phải thỏa mãn không những ĐLNĐ 1 mà còn phải thỏa mãn cả ĐLNĐ 2 p.3
1/2009 4.2 Hai phát biểu cơ bản của Định luật nhiệt động thứ 2 a. Phát bi ểu Kelvin-Planck ¾ Không thể có bất kỳ động cơ nhiệt ¾ Không thể tồn tại bất kỳ nào có thể biến toàn bộ nhiệt lượng động cơ nhiệt nào có hiệu nhận được thành ra công suất nhiệt 100% Nguồn nóng Q IMPOSSIBLE !! Động cơ nhiệt W=Q Động cơ nhiệt chỉ có thể hoạt Ví dụ: động khi có sự vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn nóng đến nguồn lạnh p.4
Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Sơ đồ chu trình nhiệt của tuabin hơi (Chu trình thuận chiều) 2 3 1 4 Hiệu suất nhiệt của chu trình: Wout − Win η= Qin Wout Qout q out Do: Win
b Phát biểu Clausius ¾ Không thể có bất kỳ 1 máy lạnh ¾ Hệ số làm lạnh của máy hay bơm nhiệt nào có thể vận chuyển lạnh (hay hệ số làm nóng của nhiệt lượng từ một nơi có nhiệt độ bơm nhiệt) không thể nào nhỏ hơn đến một nơi có nhiệt độ cao tiến đến vô cùng hơn mà không tiêu tốn năng lượng Nguồn nóng QN = QL Máy lạnh IMPOSSIBLE !! Nguồn lạnh QL p.6
Sơ đồ chu trình nhiệt của máy lạnh (Chu trình ngược chiều) p 3 2 3 q1 2 W 4 4 1 q2 1 v Q2 Q2 q2 Hệ số làm lạnh : ε= = = W Q1 − Q2 q1 − q 2 p.7
Sự tương đồng giữa 2 phát biểu Nguồn nóng Nguồn nóng Q2 Q1 Q1 +Q2 W = Q1 Động cơ nhiệt Máy lạnh Máy lạnh Nguồn lạnh Q2 Nguồn lạnh Q2 Kelvin-Planck Clausius p.8
4.3 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch Quá trình thuận nghịch: là quá trình có thể tiến hành theo chiều ngược lại mà không làm biến đổi trạng thái hệ thống và môi trường. - Ví dụ: nếu bỏ qua ma sát Æ chuyển động của con lắc có thể xem là quá trình thuận nghịch p.11
Nhận xét về quá trình thuận nghịch: ¾ Quá trình thuận nghịch là quá trình lý tưởng, không thể xảy ra trong thực tế ¾ Hệ thống sử dụng quá trình thuận nghịch sẽ sinh công lớn nhất và tiêu hao ít năng lượng nhất ¾ Quá trình thuận nghịch được sử dụng trong lý thuyết để tính toán khả năng tối đa của hệ thống Æ sau đó so sánh với khả năng thực của hệ thống trong thực tế p.12
p Quá trình không thuận nghịch: là quá trình chỉ có thể tiến hành theo chiều ngược khi biến đổi trạng thái hệ thống và môi trường. - Ví dụ 1: quá trình trao đổi nhiệt giữa vật nóng và vật lạnh - Ví dụ 2: quá trình giãn nở của chất khí ở nhiệt độ T = const p.13
4.4 Chu trình Carnot: - là chu trình lý tưởng bao gồm 4 quá trình thuận nghịch 1-2: Giãn nở đẳng nhiệt, T1 nhận nhiệt lượng Q1 từ T1 Q1 nguồn nóng (có cùng nhiệt Q1 độ T1) T1= const T1 2-3: Giãn nở đoạn nhiệt T2 (Nhiệt độ giảm từ T1 T2= const xuống T2) Q2 T 3-4: Nén đẳng nhiệt, thải Q1 T2 nhiệt lượng Q2 cho nguồn T1 1 2 T2 Q2 lạnh (có cùng nhiệt độ T2) Wout T2 T1 4 3 4-1: Nén đoạn nhiệt (Nhiệt Q2 T2 s độ tăng từ T2 lên T1) p.14
¾ Hiệu suất nhiệt/Hệ số lạnh của chu trình Carnot a/ Chu trình Carnot thuận chiều b/ Chu trình Carnot ngược chiều (Động cơ nhiệt) (Máy lạnh) T T Q1 Q1 1 2 1 4 T1 T1 Wout Win T2 3 T2 3 4 2 Q2 Q2 s s A B A B Hiệu suất nhiệt: Hệ số lạnh: Q2 Q2 dt ( A23B) W Q2 dt ( A43B) ε Carnot = = = η Carnot = out = 1 − = 1− Win Q1 − Q2 dt (1234) Q1 Q1 dt ( A12 B) T2 1 T ε Carnot = = η Carnot = 1− 2 T1 − T2 T1 T1 −1 p.16 T2
Ng Ý nghĩa của chu trình Carnot ¾ Trong tất cả các chu trình nhiệt động tiến hành ở cùng điều kiện nhiệt độ cực đại Tmax và cùng nhiệt độ cực tiểu Tmin , chu trình CARNOT luôn có hiệu suất nhiệt cao nhất T - Chu trình bất kỳ 1234: Q2 dt ( J 432 IJ ) A η = 1− = 1− dt ( J 412 IJ ) 1 B Tmax Q1 4 2 - Chu trình Carnot ABCD: Q2 C dt ( JD3CIJ ) Tmin C η Carnot = 1 − = 1− D 3 Q1C dt ( JA1BIJ ) s η Carnot 〉 η J I p.17
p 4.5 Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ 2 ¾ Khi hoạt động giữa các giới hạn nhiệt độ như nhau, không thể có bất kỳ 1 chu trình nhiệt động thuận chiều thực tế nào có hiệu suất nhiệt lớn hơn hoặc bằng hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot ¾ Tất cả các chu trình Carnot thuận chiều đều có hiệu suất nhiệt bằng nhau nếu cùng hoạt động giữa các nguồn nóng và nguồn lạnh như nhau ¾ Khi tiến hành 1 chu trình thuận nghịch bất kỳ (bao gồm các quá trình thuận nghịch), ta luôn luôn có: δQ ∫ T =0 ¾ Khi tiến hành 1 chu trình KHÔNG thuận nghịch bất kỳ (bao gồm 1 hay vài quá trình không thuận nghịch), ta luôn luôn có: δQ ∫ T 〈0 p.22