Toùm taét baøi giaûng Chöông 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
Th.S TRAÀN ANH TUÙ 1
CHÖÔNG 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC.
A. NGUYEÂN LYÙ I NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
5.1 Coâng vaø nhieät
5.1.1 Coâng: laø 1 haøm cuûa quaù trình (phuï thuoäc vaøo quaù trình giöõa 2 traïng thaùi)
Coâng laø daïng truyeàn naêng löôïng laøm taêng möùc ñoä chuyeån ñoäng coù traät töï cuûa khoái khí.
VpA ∂−=∂ . VpdlpSdSFA
∂
=
==
∂
...
∫∫
−=∂=⇒
2
1
2
1
12 .dVpAA .
A < 0 : cung caáp coâng. A > 0 : nhaän coâng
5.1.2 Nhieät: laø daïng truyeàn naêng löôïng töông taùc giöõa caùc phaân töû chuyeån ñoäng hoãn loaïn
giöõa caùc vaät tieáp xuùc.
dTC
m
dTcmQ ...
μ
==∂ Q > 0 :nhaän nhieät. Q < 0 : sinh nhieät
(toûa nhieät)
c: : nhieät dung rieâng
C = μ.c : nhieät dung rieâng cuûa phaân töû khí
Ñoái vôùi quaù trình ñaúng tích vaø ñaúng aùp (CV, Cp) laø haèng soá, coøn ñoái vôùi quaù trình khaùc C
thay ñoåi theo T.
5.2 Nguyeân lyù I nhieät ñoäng hoïc:
5.2.1 Phaùt bieåu: “Trong 1 quaù trình bieán ñoåi: ñoä bieán thieân noäi naêng cuûa heä coù giaù trò baèng
toång coâng vaø nhieät cuûa heä nhaän vaøo trong quaù trình ñoù”
ΔU = A + Q A, Q > 0 : nhaän vaøo
A, Q < 0 : cung caáp, toûa ra
5.2.2 Heä quaû nguyeân lyù I nhieät ñoäng hoïc:
a/ Ñoái vôùi heä coâ laäp: (khoâng trao ñoåi nhieät vaø coâng ñoái vôùi beân ngoaøi): Noäi naêng cuûa heä
ñöôïc baûo toaøn.
Δ
U = A + Q = 0
Neáu heä coâ laäp chæ coù 2 vaät A vaø B trao ñoåi nhieät vôùi nhau:
Q = QA + QB = 0 => QB =
−
QA
Nhieät löôïng vaät naøy toûa ra thì baèng nhieät löôïng vaät kia thu vaøo.
b/ Heä laø 1 maùy laøm vieäc tuaàn hoaøn theo chu trình (quaù trình kín)
Δ
U = 0 = A + Q => A =
−
Q
Keát luaän: Heä nhaän coâng thì toûa nhieät baèng vôùi coâng ñaõ nhaän vaø ngöôïc laïi.
5.3 ÖÙng duïng nguyeân lyù I ñeå khaûo saùt caùc quaù trình ñaëc bieät.
Traïng thaùi caân baèng vaø quaù trình caân baèng:
a/ Traïng thaùi caân baèng cuûa heä laø taïng thaùi khoâng bieán ñoåi theo thôøi gian vaø tính baát
bieán ñoù khoâng phuï thuoäc vaøo quaù trình cuûa ngoaïi vaät.
b/ Quaù trình caân baèng laø 1 chuoãi caùc traïng thaùi caân baèng lieân tieáp nhau.
Toùm taét baøi giaûng Chöông 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
Th.S TRAÀN ANH TUÙ 2
5.3.1 Quaù trình ñaúng tích: V = hs hs
T
p=⇒ (tyû leä thuaän) (phöông trình cuûa quaù trình)
∫∫ =−=∂=
2
1
2
1
12 0.dVpAA
)( 12
2
1
2
1
12 TTC
m
dTC
m
QQ VV −==∂= ∫∫
μμ
).(
22 12
2
1
2
1
TTR
im
dTR
im
dUU
U
U
−===Δ ∫∫
μμ
R
i
CQQAU V2
121212 =⇒=+=Δ
Keát luaän: Nhaän nhieät vaø noäi naêng taêng => ñaây laø quaù trình hô noùng ñaúng tích.
- Chieàu ngöôïc laïi: toûa nhieät, noäi naêng giaûm => quaù trình laøm laïnh ñaúng tích.
5.3.2 Quaù trình ñaúng aùp: p = hs hs
T
V=⇒ (tyû leä thuaän)
()()
2121
2
1
2
1
12 TTR
m
VVpdVpAA
V
V
−=−=−=∂= ∫∫
μ
)( 12
2
1
2
1
12 TTC
m
dTC
m
QQ pp −==∂= ∫∫
μμ
).(
22 12
2
1
2
1
TTR
im
dTR
im
dUU
U
U
−===Δ ∫∫
μμ
R
i
CQAU p2
2
1212
+
=⇒+=Δ
Keát luaän: nhaän nhieät, sinh coâng vaø noäi naêng cuûa heä taêng; ↑V: daõn ñaúng aùp, A12 < 0
1
2
V
P
12
T
V
1
2
T
P
1 2
V
P
T
12
P
1
2
T
V
Toùm taét baøi giaûng Chöông 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
Th.S TRAÀN ANH TUÙ 3
5.3.3 Quaù trình ñaúng nhieät: T = hs => pV = hs : (tyû leä nghòch)
T1< T2< T3
2
1
2
1
2
1
2
1
12 ln.. V
V
RT
m
V
dV
RT
m
dVpAA
V
V
μμ
=−=−=∂= ∫∫∫
1212 AQ −=
12121212 0QAQAU −=⇒=+=Δ
Keát luaän:
⇒
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
=Δ
>
<
0
0
0
U
Q
A
nhaän nhieät, sinh coâng baèng vôùi nhieät nhaän vaøo, noäi naêng heä khoâng
ñoåi
5.3.4 Quaù trình ñoaïn nhieät (caùch ly nhieät vôùi beân ngoaøi, khoâng trao ñoåi nhieät)=>Q12 = 0
hspV =
γ
, hsTV =
−1
γ
, hsTp =
−
γ
γ
1
1
).(
2
1122
1212 −
−
=−==Δ
γμ
VpVp
TTR
im
AU
Vôùi i
i2+
=
γ
: chæ soá ñoaïn nhieät (chæ soá Poisson)
1
2
T
V
P
2
1
T
1
2
V
P
T1 T2 T3
1
2
T
P
1
2
V
P
1
2
T
V
Toùm taét baøi giaûng Chöông 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
Th.S TRAÀN ANH TUÙ 4
BAÛNG TOÙM TAÉT
Quaù
trình
Phöông
trình cuûa
quaù trình
Coâng (A12) Nhieät (Q12)
Δ
U Ghi chuù
Ñaúng
tích
V = hs
hs
T
p= A12 = 0
)( 1212 TTC
m
QV−=
μ
)(
212 TTR
im
U−=Δ
μ
R
i
CV2
=
Ñaúng aùp
p = hs hs
T
V= )( 2112 VVpA −=
)( 2112 TTR
m
A−=
μ
)( 1212 TTC
m
Qp−=
μ
)(
212 TTR
im
U−=Δ
μ
R
i
CP2
2
=
Ñaúng
nhieät
T = hs
pV = hs
2
1
12 ln. V
V
RT
m
A
μ
=1212 AQ
−
=
0
=
Δ
U 1212
A
Q
−
=
Ñoaïn
nhieät
Q = 0
hspV =
γ
hsTV =
−1
γ
hsTp =
−
γ
γ
1
11122
12 −
−
=
γ
V
P
V
P
A
Q12 = 0
)(
212 TTR
im
U−=Δ
μ
i
i2
+
=
γ
Toùm taét baøi giaûng Chöông 5: CAÙC NGUYEÂN LYÙ NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
Th.S TRAÀN ANH TUÙ 5
B. NGUYEÂN LYÙ II NHIEÄT ÑOÄNG HOÏC
• Thieáu soùt cuûa Nguyeân lyù I:
Trong NLI khoâng cho ta bieát chieàu dieãn bieán thöïc teá cuûa quaù trình, chaát löôïng
nhieät vaø coâng trong quaù trình chuyeån hoùa: Coâng coù theå hoaøn toaøn bieán thaønh
nhieät, coøn nhieät khoâng theå naøo hoaøn toaøn bieán thaønh coâng.
5.4 Quaù trình thuaän nghòch vaø quaù trình khoâng thuaän nghòch
5.4.1 Quaù trình thuaän nghòch:
Laø quaù trình khi tieán haønh theo chieàu ngöôïc laïi thì noù ñi qua taát caû caùc traïng thaùi
trung gian nhö chieàu thuaän. Ñoù laø quaù trình lyù töôûng, khoâng coù ma saùt vaø moâi tröôøng xung
quanh khoâng bò 1 söï bieán ñoåi naøo caû.
Ñöôøng bieåu dieãn laø ñöôøng lieân tuïc:
5.4.2 Quaù trình khoâng thuaän nghòch:
Laø quaù trình khi tieán haønh theo chieàu ngöôïc laïi, noù khoâng ñi qua taát caû caùc traïng
thaùi trung gian nhö chieàu thuaän. Ñoù laø quaù trình thöïc teá, coù ma saùt vaø moâi tröôøng xung
quanh bò söï bieán ñoåi.
Ñöôøng bieåu dieãn laø ñöôøng ñöùt quaõng: - - - - - - - - - -
5.5 Maùy nhieät
5.5.1 Ñònh nghóa:
Maùy nhieät laø 1 heä laøm vieäc tuaàn hoaøn (theo 1 chu trình) bieán ñoåi nhieät thaønh coâng
hoaëc bieán ñoåi coâng thaønh nhieät, laøm vieäc ôû 2 nguoàn: T1 noùng, T2 laïnh. Maùy nhieät ñöôïc chia
laøm 2 loaïi: ñoäng cô nhieät vaø maùy laøm laïnh.
5.5.2 Ñoäng cô nhieät:
a/ Ñònh nghóa: laø maùy nhieät bieán nhieät thaønh coâng, baèng caùch: “Nhaän nhieät töø nguoàn noùng
Q1, nhaû nhieät ra nguoàn laïnh Q’2 ñeå cung caáp ra ngoaøi 1 coâng A’”.
b/ Hieäu suaát ñoäng cô nhieät:
1
'
Q
A
=
η
Chu trình kín: 21
0QQAU
+
+==
Δ
21 '' QQA −+−=
21 '' QQA −=⇒
1
'
1
''
1
2
1
21
1
<−=
−
==⇒ Q
Q
Q
QQ
Q
A
η
A
A Q
Q
T1
T2
MN
A’
Q’2
Q1
T1
T2
CN
Q