Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG I
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -1-
CHƯƠNG 2
Ñ
ÑÒ
ÒN
NH
H
L
LU
UA
AÄÄT
T
N
NH
HI
IE
EÄÄT
T
Ñ
ÑO
OÄÄN
NG
G
T
TH
HÖ
ÖÙÙ
N
NH
HA
AÁÁT
T
1. COÂNG
1.1 KHAÙI NIEÄM
- Coâng cô hoïc W ñöôïc xem laø tích soá giöõa löïc F vaø ñoaïn ñöôøng dòch chuyeån dx
theo chieàu taùc ñoäng cuûa löïc:
]m].[N[]J[
FdxW
2
1
F
dx
- Coâng khoâng phaûi laø thoâng soá traïng thaùi, töùc laø khoâng theå noùi taïi moät traïng
thaùi naøo ñoù coâng coù giaù trò laø bao nhieâu maø coâng chæ xuaát hieän khi chaát moâi giôùi
tieán haønh moät quaù trình naøo ñoù.
- Qui öôùc daáu: coâng > 0 : sinh coâng
coâng < 0 : nhaän coâng
1.2 COÂNG TRONG HEÄ KÍN
- Döôùi taùc ñoäng cuûa aùp suaát chaát moâi giôùi, beà maët ranh giôùi seõ bò dòch chuyeån
laøm taêng (giaûm) theå tích chaát moâi giôùi ta goïi ñoù laø coâng giaûn nôû (neùn).
- Hai loaïi coâng naøy ñeàu laøm thay ñoåi theå tích cuûa khoái chaát moâi giôùi vaäy goïi
chung laø coâng do söï thay ñoåi theå tích wtt
Moâi chaát
F=p.A
dx
dV
Goïi A: tieát dieän pittoâng
p: aùp suaát cuûa moâi chaát
V: theå tích
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG I
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -2-
2
1
V
V
tt
tt
pdVWhay
pdVpAdxFdxW
Vieát cho 1 kg:
2
1
v
v
tt pdvw
1.2 COÂNG TRONG HEÄ HÔÛ
- Nhö ñaõ trình baøy trong chöông tröôùc, heä hôû laø heä maø chaát moâi giôùi coù theå ñi
vaøo vaø ñi ra khoûi heä nhö caùc thieát bò: maùy neùn, tuabin, quaït, …
- Coâng trong heä hôû w goàm hai thaønh phaàn:
+ Coâng kyõ thuaät wkt: laø coâng coù theå söû duïng trong kyõ thuaät nhö coâng lieân
quan ñeán truïc quay, coâng do söï dòch chuyeån cuûa beà maët ranh giôùi, …
p
, dp
, wkt
p
, dp
, wkt
p = const, dp = 0, wkt = 0
+ Coâng löu ñoäng wlñ: laø thaønh phaàn coâng coù lieân quan ñeán aùp suaát cuûa
chaát moâi giôùi taùc ñoäng leân beà maët ranh giôùi ôû ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa heä.
2. NHIEÄT LÖÔÏNG
- Nhieät löôïng laø löôïng naêng löôïng ñi xuyeân qua beà maët ranh giôùi khi giöõa chaát
moâi giôùi vaø moâi tröôøng coù söï cheânh leäch nhieät ñoä.
- Cuõng nhö coâng, khaùi nieäm nhieät löôïng taïi moät traïng thaùi laø hoaøn toaøn voâ
nghóa, nhieät löôïng chæ xuaát hieän khi tieán haønh moät quaù trình naøo ñoù.
Tính nhieät löôïng theo nhieät dung rieâng: Trong chöông trình phoå thoâng
chuùng ta ñaõ hoïc coâng thöùc tính nhieät löôïng theo nhieät dung rieâng Q = Gc
t
hay
q=c
t
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG I
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -3-
Xeùt trong quaù trình voâ cuøng beù thì
cdtq
Tính nhieät löôïng theo söï thay ñoåi entroâpi:
Entroâpi laø gì ? Entropi s (kJ/kg.K) nhö ñaõ ñeà caäp trong muïc 2 chöông 1, entropi
laø moät thoâng soá traïng thaùi cuûa chaát moâi giôùi maø löôïng bieán ñoåi cuûa noù duøng ñeå
löôïng hoaù möùc ñoä khoâng thuaän nghòch cuûa caùc quaù trình thöïc teá.
Ñoái vôùi quaù trình thuaän nghòch
Tdsq
T
q
ds
3. ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG THÖÙ NHAÁT
- ÑLNÑ I laø ñònh luaät baûo toaøn vaø chuyeån hoaù naêng löôïng trong phaïm vi nhieät
ñoäng:
“Naêng löôïng khoâng töï sinh ra vaø khoâng töï maát ñi, noù chæ bieán ñoåi töø daïng naêng
löôïng naøy sang daïng naêng löôïng khaùc”
- Trong nhieät ñoäng löïc hoïc, phöông trình bieåu dieån moái quan heä giöõa coâng,
nhieät löôïng vaø caùc daïng naêng löôïng khaùc ñöôïc goïi laø ñònh luaät nhieät ñoäng thöù
nhaát.
3.1 ÑLNÑ I VIEÁT CHO HEÄ KÍN
Q
W
Xeùt heä kín nhö hình veõ, giaû söû ban ñaàu heä mang naêng löôïng E1, caáp
nhieät löôïng Q vaøo heä, khi ñoù heä coù naêng löôïng E2 vaø sinh coâng W. Theo ñònh
luaät baûo toaøn naêng löôïng:
E1 + Q = E2 + W
Hay Q = E2 – E1 + W =
E
+ W
Trong phaïm vi nhieät ñoäng löïc hoïc thì
E
=
U
+
KE
+
PE
Trong ñoù
U
= m(u2 – u1): noäi naêng
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG I
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -4-
KE
=
)VV(m 2
1
2
2
2
1
: ñoäng naêng
PE
= mg(h2 – h1): theá naêng
Trong heä nhieät kín, do söï thay ñoåi caùc thaønh phaàn ñoäng naêng vaø theá naêng
khoâng ñaùng keå neân Q =
U
+ W phöông trình naøy goïi laø phöông trình ÑLNÑ
thöù nhaát vieát cho heä kín.
Vieát laïi döôùi daïng öùng vôùi moät bieán ñoåi voâ cuøng beù chaát moâi giôùi vaø khoái löôïng
chaát moâi giôùi laø 1 kg:
wduq
Do laø heä kín neân
pdvww tt
Suy ra
pdvduq
(*)
Ñoái vôùi khí lyù töôûng:
dT
du
cv
neân
pdvdTcq v
3.1 ÑLNÑ I VIEÁT CHO HEÄ HÔÛ
Töø (*)
q
= du + pdv
= du + pdv + vdp – vdp
= du + d(pv) – vdp
= d(u + pv) – vdp
Ñaët i = u + pv, i goïi laø entanpi (kJ/kg, kcal/kg) laø moät thoâng soá traïng thaùi daãn
suaát vaø ñöôïc tính theo bieåu thöùc giöõa u vaø tích soá pv.
Suy ra
q
= di – vdp
Maët khaùc
kt
w
= -vdp
Neân
q
= di +
kt
w
phöông trình naøy goïi laø phöông trình ÑLNÑ thöù nhaát vieát
cho heä hôû (khi bỏ qua löôïng bieán ñoåi ñoäng naêng vaø theá naêng)
Ñoái vôùi khí lyù töôûng:
dT
di
cp
neân
vdpdTcq p
Baøi giaûng Nhieät ñoäng löïc hoïc kyõ thuaät CHÖÔNG 2: ÑÒNH LUAÄT NHIEÄT ÑOÄNG I
CBGD: TS. NGUYEÃN MINH PHUÙ -5-
Toùm taét
Ñoái vôùi moïi chaát moâi giôùi
pdvduq
q
= di – vdp
Ñoái vôùi khí lyù töôûng
pdvdTcq v
vdpdTcq p