Nội dung:
Các chu trình nhiệt động,
Chu trình carnot, Định luật nhiệt động thứ hai, Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai, Entropy – đồ thị T - s
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
CHƯƠNG 3
ĐỊNH LUẬT N Ệ ĐỘNG THỨ HAI
ỊN UẬ NHIỆT ỘNG Ứ
1. Các chu trình nhiệt động
2. Chu trình carnot
3. Định luật nhiệt động thứ hai
4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai
5. Entropy – đồ thị T - s
5 E t
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
1.
1 Các chu trình nhiệt động:
Trong các quá trình nhiệt động, muốn chuyển hóa liên
tục giữa nhiệt năng với các dạng năng lượng khác, người ta
phải ự ệ
p thực hiện những chu trình.
g
Môi chất sẽ thay đổi một cách liên tục từ trạng thái
đầu qua nhiều trạng thái trung gian rồi trở về trạng thái ban
đầu.
2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Ví dụ:
Trong các máy nhiệt,
Để biến nhiệt thành công, phải tiến hành cho môi chất giãn nở.
Muốn nhận được công liên tục, môi chất phải giãn nở liên tục,
không thể thực hiện vì kích thước máy có hạn.
Quá trình khép kín hay h trình.
Q á t ì h khé kí h chu t ì h
3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình thuận nghịch
Chu trình chỉ tiến hành qua các trạng thái cân bằng
Tiến hành ngược trở lại qua tất cả các trạng thái đã
đi qua mà môi chất và môi trường không có gì thay
ấ
đổi.
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình thuận chiều _ động cơ nhiệt
QH
W
QL
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
W QH QL QH
W
Hiệu ấ hiệ ủ h ì h
Hiệ suất nhiệt của chu trình
QL
W QH QL QL
t t 1
QH QH QH
Nhận xét :
Hiệu suất t của chu trình thuận chiều (động cơ nhiệt) luôn luôn nhỏ hơn 1, t chỉ bằng
1 khi không có nhiệt lượng thải cho nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp.
Chu trình nào có hiệu suất nhiệt lớn hơn thì hoàn thiện hơn.
VD : Động cơ phản lực có hiệu suất nhiệt thuộc loại thấp nhất 4%, động cơ hơi nước
V ộ g p ả ực ệu ệt t uộc oạ t ấp ất
10%, turbin khí và động cơ đốt trong 50%.
6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình ngược chiều _ máy lạnh
QH
W
QL
7
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
QH W QL
QH
W
Hệ số làm lạnh (máy lạnh)
Q QL QL
L
W QH QL
Hệ số làm nóng (bơm nhiệt)
QH QH
W QH QL
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
2. Định luật nhiệt động thứ hai
ị ậ ệ ộ g
Phát biểu của Clausius
Không thể có bất kỳ một máy lạnh
hay bơm nhiệt nào có thể vận
chuyển nhiệt lượng từ một nơi có
nhiệt độ nhỏ hơn đến nơi có nhiệt
độ cao hơn mà không tốn gì hết
9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Phát biểu của kelvin Planck
Không có bất kỳ một động cơ
nào có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành ra
công
10
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
3. Chu trình carnot
Đồ thị p-v
Các quá trình trên chu trình
AB : nhận nhiệt lượng q1 (ở nhiệt độ không đổi T1) dãn nở đẳng nhiệt
BC : cô lập và dãn nở, sinh công, nhiệt độ hạ từ T1 T2 dãn nở đoạn nhiệt.
CD : thải nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh (ở nhiệt độ T2) nén đẳng nhiệt.
DA : cô lập và chịu nén, nhận công để trở về trạng thái ban đầu nén đoạn nhiệt.
11
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Hiệu suất nhiệt của chu trình
q2
t 1
q1
Xét 2 quá trình AB và CD
Quá trình đẳng nhiệt AB
vB
q1 RT1 l
ln
vA
Quá trình đẳng nhiệt CD
vD Đồ thị p-v
q 2 RT2 ln
vC
Lấy tỷ số q1/q2:
v
T1 ln B
v
q1
A
q2 v
T2 ln C
v
D
12
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Xét 2 quá trình BC và DA :
Quá trình đoạn nhiệt BC
k 1
T2 v B
T1 v C
Quá trình đoạn nhiệt DA
k 1
T2 v A
T1 v D
k 1 k 1
v v
B
v A
v Đồ thị p-v
C D
vB vC
vA vD
q1 T2
v
T1 ln B
v
T
1
q 2 T2
t 1
q1
q2
v
A
T1
T2 ln C
v
D
13
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot thuận chiều:
T2
t 1
T1
Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều:
T2
T1 T2
Hiệu suất của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt
14
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai
ệq ị ậ ệ ộ g
1. Giữa 2 nguồn nhiệt C là lớn nhất
2. Giữa Ta, Tb C của các chu trình Carnot bằng nhau
3. ĐLNĐ 2 là cơ sở để xây dựng thang nhiệt độ động học
ể
Q
4. 0 : chu trình thuận nghịch bẳng thức logic
g g g
T
Q
5. T 0 : chu trình không thuận nghịch BĐT logic (pt logic thứ 2)
15
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
5. Entropy – đồ thị T-s
py ị
Từ đẳng thức chu trình Carnot:
q1 T1 q1 q2
q2 T2 T1 T2
q1 q 2
0 (q1 và q2 có dấu ngược nhau)
T1 T2
q dq
T 0 or T 0
dq
:vi phân toàn phần, thể hiện sự biến thiên của một biến số trạng thái nào đó của hệ.
T
Ký hi l s; entropy, đ vị l (J/K). Đây l một h trạng thái mới nên ta có:
hiệu là đơn ị là ( / ) là hàm h i i
2
dq
ds
T
và ds s
1
2 s1
16
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Đồ thị trạng thái T-s
ị ạ g
Trục hoành biểu diễn entropy s,
Trục tung biểu diễn nhiệt độ tuyệt đối K.
Nhận xét: Mỗi điểm trên đồ thị T-s biểu diễn
một trạng thái cân bằng, một đường cong thể
hiện một quá trình. Nếu đường cong này kín,
ta có một chu trình.
Có thể viết : Đồ thị trạng thái T-s
dq = Tds
q
2
q Tds = dt (122’1’)
1
diện tích nằm dưới đường cong sẽ thể hiện lượng nhiệt trao đổi trong một quá trình.
17
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Hết chương 3
18
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
