Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 5: Các nguyên lý nhiệt động học

Chia sẻ: Hứa Tung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 5: Các nguyên lý nhiệt động học cung cấp cho người học các kiến thức về: nguyên lý thứ nhất nhiệt động học, công và nhiệt trong quá trình cân bằng, nhiệt dung, ứng dụng nguyên lý I vào các quá trình cân bằng,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 5: Các nguyên lý nhiệt động học

Chương V CÁC NGUYÊN LÝ NHIỆT ĐỘNG HỌC
I. Nguyên lý thứ nhất NĐH 1.Công và nhiệt: Công và nhiệt là các đại lượng đặc trưng cho mức độ trao đổi năng lượng giữa các hệ. * Khi các vật vĩ mô tương tác với nhau chúng trao đổi năng lượng dưới dạng công. * Khi năng lượng được trao đổi trực tiếp giữa các phân tử chuyển động hỗn loạn của các vật tương tác với nhau, chúng trao đổi năng lượng dưới dạng nhiệt.
2. Phát biểu nguyên lý I: U  A  Q Các đại lượng  U , A, Q có thể dương hay âm Qui ước: * A  0, Q  0 thì hệ thực sự nhận công và nhiệt * A  0, Q  0 thì hệ thực sự sinh công và tỏa nhiệt * Nếu A < 0 thì hệ sinh công A’ = -A * Nếu Q < 0 thì hệ tỏa nhiệt Q’ = -Q NL 1 cho quá trình biến đổi VCB: dU  A  Q Chú ý: Nội năng là hàm trạng thái còn công và nhiệt là hàm quá trình.
Nếu hệ là một máy làm việc tuần hoàn thì sau mỗi chu kỳ hệ trở về trạng thái ban đầu. Do đó độ biến thiên nội năng của hệ ∆U = 0. Theo NL I, ta có A = -Q. Vậy, không thể chế tạo một máy làm việc tuần hoàn mà công do nó sinh ra nhiều hơn nhiệt mà nó nhận được. Đây cũng là một cách phát biểu nữa của NL I. Nói cách khác, không thể chề tạo được động cơ vĩnh cửu loại I.
II. Công và nhiệt trong quá trình cân bằng – Nhiệt dung 1.ĐN: TTCB của hệ là trạng thái không biến đổi theo thời gian nếu hệ không tương tác gì với môi trường . • Trạng thái CB của khối khí được xác định bằng hai trong ba thông số p, V, T. • Một hệ không tương tác với bên ngoài nghĩa là không trao đổi công và nhiệt bao giờ cũng tự chuyển tới TTCB. • QTCB là chuỗi liên tiếp các TTCB
2.Công trong QTCB Giả sử khối khí được biến đổi dl theo một QTCB, trong đó thể tích biến đổi từ V1 đến V2. Ngoại lực tác dụng lên piston là F. Khi piston di chuyển một đoạn dl, thì khối khí nhận được một công : dA = -Fdl = -p.S.dl = -p.dV p là áp suất khối khí tác dụng lên piston, S là diện tích piston
Công mà khối khí nhận được trong quá trình biến đổi thể tích từ V1 đến V2 là V2 A   dA    pdV V1 Trị tuyệt đối của A bằng diện tích giới hạn bởi đường cong biểu diễn QTCB, trục hoành và hai đường 1V1 và 2V2. Nếu khối khí giãn nỡ, thể tích tăng thì A < 0, khối khí sinh công, nếu khối khí bị nén thể tích giảm A > 0, khối khí nhận công.
• Nếu quá trình biến đổi theo một đường kín, thì trị tuyệt đối của A bằng diện tích của đường kín đó. A > 0 nếu quá trình diễn tiến ngược chiều kim đồng hồ, A < 0 nếu QT diễn tiến cùng chiều kim đồng hồ. p p 1 2 V1 V2 V V1 V2 V
3. Nhiệt dung Nhiệt dung riêng c của một chất là một đại lượng,có trị số bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng của chất đó để nhiệt độ nó tăng lên một độ dQ c  dQ  mcdT mdT Đối với một chất, ngoài nhiệt dung riêng người ta còn dùng một đại lượng gọi là nhiệt dung phân tử C. Đó là một đại lượng có trị số bằng nhiệt lượng cần truyền cho một mol chất đó để nhiệt độ nó tăng lên một độ
* Liên hệ giữa nhiệt dung phân tử và ND riêng: dQ m C  dQ  CdT ndT  m n là số mol  Vậy C =µc
* Nhiệt dung phân tử đẳng tích và NDPT đẳng áp Áp dụng NLI cho một mol khí: dQ  dU  dA  CdT  dU  pdV • Nếu khối khí được nung nóng đẳng tích dV = 0 nên : dU Cv  dT Mà biểu thức nội năng cho một mol khí: i i U  RT  dU  RdT 2 2 Vậy nhiệt dung phân tử đẳng tích : i Cv  R 2
• Nếu khối khí được nung nóng đẳng áp thì dU dV Cp  p dT dT PTTTKLT cho mol khí : dV pV  RT  pdV  RdT  p R dT Vậy nhiêt dung phân tử đẳng áp: i 2 Cp  Cv  R  R 2 • Hệ số Poisson hay chỉ số đoạn nhiêt Cp i 2   Cv i
III. Ứng dụng NLI vào các QTCB: 1) QT đẳng tích (V = const) V2 A    pdV  0 V1 T2 m m Q   dQ Cv  dT  Cv (T2 T1 )  T1  U  A  Q  Q
2. QT Đẳng Áp (p = const) V2 A    pdV  p(V1  V2 ) V1 T2 m m Q   dQ  C p  dT  C p (T2  T1 )  T1  mi m U  A  Q  R(T2  T1 )  Cv (T2  T1 ) 2 
3. QT Đẳng Nhiệt ( T = const) V2 V2 m dV A    pdV   RT   V V1 V1 m V1 m p2  RT ln  RT ln  V2  p1 U  0 Q  A
4. QT Đoạn Nhiệt ( Q = 0 hay dQ = 0) m Q  0  U  A  Cv (T2  T1)  * PT Trạng thái trong QT Đoạn Nhiệt Ta có: m dU  dA  C v dT  dA   pdV m   pdV  C v dT 
m RT m  dV  CvdT  V  dT R dV   0 T Cv V R Cp  Cv Mà    1 Cv Cv Tích phân phương trình trên ta được: ln T  (  1) ln V  const  ln(T .V  1 )  const
Vậy:  1 TV  const Đây là phương trình liên hệ giữa T và V trong quá trình đoạn nhiệt PT liên hệ giữa p và V:  pV  const PT liên hệ giửa T và p: 1   Tp  const
* So sánh độ dốc của đường đẳng nhiệt và đường đoạn nhiệt. Đường đẳng nhiệt dp p pV  const  pdV  Vdp  0   dV V Đường đoạn nhiệt pV   const  p V  1  V  dp  0 p dp p đường đoạn nhiệt    dV V đường đẳng nhiệt V Vậy tang của góc nghiêng đường đoạn nhiệt lớn hơn tang góc nghiêng của đường đẳng nhiệt γ lần
V. Nguyên lý thứ II Nhiệt động học 1. Các hạn chế của NLI: NLI không cho ta biết chiều diễn tiến của quá trình thực tế xảy ra 2. Quá trình TN và QTKTN * Một quá trình biến đổi cuả hệ từ TT 1 sang TT2 được gọi là thuận nghịch, khi nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại và trong QT đó hệ đi qua các TT trung gian như trong QT thuận. Theo ĐN này thì QTTN cũng là QTCB. * QT không TN là QT mà khi tiến hành theo chiều ngược lại, hệ không đi qua đầy đủ các TT trung gian như trong QT thuận