zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học - PGS.TS. Lê Công Hảo

Chia sẻ: Minh Tuyết | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Báo xấu

161
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học" cung cấp cho người học các kiến thức: Trạng thái cân bằng và quá trình cân bằng, khái niệm về năng lượng, công và nhiệt lượng, nguyên lý thứ nhất nhiệt động học,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học - PGS.TS. Lê Công Hảo

NHIEÄT HOÏC Nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học PGS.TS. Lê Công Hảo
1. Trạng thái cân bằng và quá trình cân bằng ➢ Trạng thái cân bằng của một hệ là trạng thái mà các thông số trạng thái có giá trị hoàn toàn xác định. ➢ Quá trình cân bằng là một quá trình biến đổi gồm một chuỗi liên tiếp các trạng thái cân bằng. ➢ Nếu hệ là một khối khí xác định thì mỗi trạng thái cân bằng của nó được xác định bởi 2 trong 3 thông số p, V và T. ➢ Thực tế không có quá trình hoàn toàn cân bằng vì trạng thái cân bằng trước luôn bị phá hủy
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 2.1. NĂNG LƯỢNG Năng lượng của một hệ là đại lượng vật lý: Thông thường các đối tượng nghiên cứu xem là đứng yên và bỏ qua các ▪ Mức độ vận động của hệ trường ngoài. (động năng), ▪ Mức độ tương tác của hệ Động năng và thế năng của hệ với môi trường ngoài (thế bằng không. năng) ▪ Khả năng tương tác lẫn Năng lượng = Nội năng nhau của các hạt tạo thành hệ (nội năng). Đơn vị của nội năng là đơn vị năng lượng (Joule) hay của đơn vị nhiệt lượng (calory).
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Hệ ở trạng thái xác định Hệ thay đổi trạng thái Nội năng U có giá trị xác định U thay đổi Nội năng phụ thuộc Nội năng không phụ vào trạng thái của hệ thuộc quá trình biến đổi Nội năng là hàm đơn trị của trạng thái.
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 2.2. CÔNG Công mà hệ thực hiện được Khái niệm khi đi theo các qui trình khác (Với khối khí đứng yên) nhau là khác nhau. Lực tác dụng lên chất khí được xem là thực hiện Công không những phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái một công nếu làm thể tích cuối mà nó còn phụ thuộc vào chất khí thay đổi. qui trình đường đi. Khái niệm công gắn liền với quá trình biến đổi thể tích! Công là hàm của quá trình
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 2.2.2. Biểu thức tính công trong một quá 2.2.1. Qui ước trình cân bằng ➢ Công A > 0 nếu hệ nhận công. ❖ Công nhỏ δA: Bài toán: Xét một khối khí ➢ Công A < 0 nếu hệ sinh công. trong một xy lanh, pít tông có thể ➢ Công nguyên tố, ta biểu diễn là di chuyển tự do không ma sát, δA chọn trục Ox như hình vẽ. ➢ Công là một hình thức trao đổi F S năng lượng giữa hai hệ (Joule hoặc O x2 x 1 Calory).
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG ➢ Áp suất bên ngoài tác dụng lên pít tông: p = F/S ➢ Trong quá trình cân bằng, áp suất này là áp suất của khối khí trong xy lanh và công mà khối khí nhận được δA (dương). Công đó là công mà ta đã mất đi để nén pít tông. Vì dx = x2 − x1 < 0 nên công nhỏ: δA = − Fdx = − pSdx = − pdV > 0 δA = − pdV
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG ❖ Công lớn A: ❖ Bài toán: Cho một quá trình biến đổi hữu hạn, trong đó thể tích của hệ thay đổi từ V1 đến V2. ❖ Phương pháp tính công: Chia nhỏ quá trình thành nhiều quá trình nhỏ liên tiếp để tính công vi phân δA mà hệ nhận được trong từng quá trình nhỏ, sau đó lấy tổng. V2 V2 A = −  δA A = −  pdV V1 V1
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 2.2.3. NHIỆT LƯỢNG Nhiệt lượng chỉ tồn tại khi có một ➢ Giả sử có hai vật, gồm một vật nóng và quá trình biến đổi xảy ra. một vật lạnh tiếp xúc nhau. ➢ Năng lượng được truyền từ vật nóng sang vật lạnh mà thể tích của hai vật vẫn Sự trao đổi nhiệt không những không thay đổi, điều này có nghĩa là phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối không có sự thực hiện công. mà còn phụ thuộc vào đường đi. ➢ Vậy hai vật vẫn trao đổi năng lượng với nhau nhưng không phải qua công mà là qua nhiệt lượng. Nói cách khác, nhiệt lượng là một dạng trao đổi khác của năng Nhiệt lượng không phải là hàm của lượng khi công không được thực hiện. trạng thái mà là hàm của quá trình.
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 2.3.1. Qui ước 2.3.2. Biểu thức tính nhiệt lượng trong một quá trình cân bằng ➢ Một nhiệt lượng Q dương có ý nghĩa là có ❖ Nhiệt lượng nhỏ δQ: một luồng nhiệt chảy vào hệ thống, nói cách ▪ Gọi δQ là nhiệt lượng hệ nhận khác nếu hệ nhận nhiệt thì Q được coi là vào để nhiệt độ tăng dT. dương. ▪ Thực nghiệm: δQ tỉ lệ với dT và ➢ Một nhiệt lượng Q âm có ý nghĩa là có một tỉ lệ khối lượng M của hệ luồng nhiệt chảy ra khỏi hệ thống, nói cách δQ = cMdT khác nếu hệ nhả nhiệt thì Q được coi là âm. c là hệ số tỉ lệ, được gọi là ➢ Đơn vị: Joule hoặc Calory. dung lượng riêng của hệ (J/kg)
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG ▪ Nhiệt dung phân tử C là: ❖ Nhiệt lượng lớn Q: ❖ Bài toán: Xét một quá trình nung C = µ.c nóng hệ trong đó nhiệt độ thay đổi từ T1 đến T2. ▪ Vậy nhiệt lượng mà hệ nhận được: ❖ Phương pháp tính: Tương tự như trong trường hợp công. T2 T2 M M δQ = CdT Ta tính được: Q =  δQ =  CdT μ μ T1 T1 M Vậy: Q = CT μ
2. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Quá trình Quá trình đẳng tích đẳng áp C = Cv : nhiệt dung C = CP : nhiệt dung phân tử phân tử đẳng tích. đẳng áp. M M δQ = CV dT δQ = CP dT μ μ M M Q = CV ΔT Q = CP ΔT μ μ
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.1. PHÁT BIỂU VÀ BIỂU THỨC 3.3.2/ Biểu thức 3.3.1/ Phát biểu Nếu quá trình nhỏ, độ biến thiên nội năng: Độ biến thiên nội năng (năng (8.10) lượng) của một hệ trong một quá dU = δA + δQ trình biến đổi bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận vào trong Quá trình hữu hạn: quá trình đó. ∆U = A + Q (8.11)
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC ➢ Chu trình khép kín là quá trình mà trạng thái cuối trùng với trạng thái đầu. ➢ Nội năng là hàm trạng thái. U1 = U2 ➢ Vậy độ biến thiên nội năng (năng lượng) của một hệ trong một quá trình biến đổi bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận vào trong quá trình đó. ∆U = A + Q = 0  A = − Q
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC Hệ nhận công (A > 0) Hệ nhận nhiệt (Q > 0) Toả nhiệt (Q < 0) Sinh công (A < 0) Môi trường bên ngoài Môi trường bên ngoài nhận nhiệt lượng nhận được công Q´ = − Q > 0 A´ = − A > 0
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.3.3/ Động cơ vĩnh cửu loại một Xét một động cơ nhiệt hoạt động theo một chu trình kín, kết thúc chu trình thì độ biến thiên nội năng của hệ U = 0. Động cơ vĩnh cửu loại một: là động cơ có khả năng sinh ra công mà không cần nhận năng lượng ở đầu vào.
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC Nguyên lý thứ nhất Nếu động cơ sinh công (A < 0) thì phải nhận một lượng nhiệt từ bên ngoài (Q > 0). Không thể có động cơ có thể sinh ra công mà không cần nhận năng lượng. Không thể nào chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại một !!!
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.2. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG ❖ Công hệ nhận được: 3.2.1/ Quá trình đẳng tích V2 ▪ Do V = const (V = const) A = −  pdV V nên dV= 0. Xét quá trình hơ nóng 1 ▪ Công mà hệ nhận trong hoặc làm lạnh khối khí quá trình đẳng tích: trong một bình kín có hệ số V2 dãn nở không đáng kể. A = −  pdV = 0 V1
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.2.1/ Quá trình đẳng tích (V = const) ❖ Độ biến thiên nội năng ❖ Nhiệt lượng hệ nhận được Mi ▪ Theo nguyên lý thứ nhất, ta có: ΔU = RT μ 2 ∆U = A + Q Q = ∆U − A = ∆U ▪ Từ biểu thức Q = ∆U , suy ra nhiệt dung riêng phân tử đẳng tích: M iR Q= CV ΔT CV = μ 2
3. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 3.2.2. Quá trình đẳng áp (P = const) ❖ Công hệ nhận được: V2 Xét quá trình hơ nóng hoặc làm lạnh khối khí trong một bình kín có hệ số dãn  A = − pdV nở không đáng kể. ▪ Do P = const nên: V1 V2 ❖ Độ biến thiên nội năng A = −  pdV = −p ( V2 − V1 ) M i V1 ΔU = RT μ 2 ▪ Công mà hệ nhận trong quá trình đẳng áp: A = p ( V1 − V2 )

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.