TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI
UẬ N Ệ
ỘNG
ỊN
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
đồ thị T
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
1. Các chu trình nhiệt động: 1 Các chu trình nhiệt động:
Trong các quá trình nhiệt động, muốn chuyển hóa liên Trong các quá trình nhiệt động, muốn chuyển hóa liên
tục giữa nhiệt năng với các dạng năng lượng khác, người ta
p phải thực hiện những chu trình.
ự
g
ệ
Môi chất sẽ thay đổi một cách liên tục từ trạng thái 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.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 chu trình. Q á t ì h khé kí h h 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
ấ
Tiến hành ngược trở lại qua tất cả các trạng thái đã đi qua mà môi chất và môi trường không có gì thay đổi.
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình thuận chiều _ động cơ nhiệt 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
QW
H Q
L
QH
Hiệu suất nhiệt của chu trình Hiệ ì h hiệ ủ
h
ấ
W
Q Q
L
1
t
t
Q LQ L Q
H
QW Q W Q
H Q
H
H
QL
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.
4%, động cơ hơi nước
ệt t uộc oạ t ấp
ệu suất
ất
V : VD : Động cơ phản lực có hiệu suất nhiệt thuộc loại thấp nhất 4%, động cơ hơi nước
ộ g cơ p ả ực có 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 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
QWQ
H
L
QH
Hệ số làm lạnh (máy lạnh)
W
L
Q QW
Q L H Q
L
Hệ số làm nóng (bơm nhiệt) Hệ số làm nóng (bơm nhiệt)
Q
Q
H W
Q
Q
H
H
L
QL
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
2. Định luật nhiệt động thứ hai
ộ g
ậ
ệ
ị
Phát biểu của Clausius 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 Không có bất kỳ một động cơ nào có thể biến toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành ra 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. 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
q
2
1
t
q
1
Xét 2 quá trình AB và CD
Quá trình đẳng nhiệt AB
q 1
lnRT lRT 1
Bv B v
A
Quá trình đẳng nhiệt CD
Đồ thị p-v
D
ln
q 2
RT 2
v v
C
Lấy tỷ số q1/q2: Lấy tỷ số q /q :
B
q
v v
1
q q
2
C
A v v
D
lnT 1 lnT 2
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
1k
B
v v v
T 2 T T 1 1
C C
Quá trình đoạn nhiệt DA
1k
A
v v
T 2 T 1
D
1k
1k
B
A
Đồ thị p-v
v v
v v
C C
D D
B
C
v v
v v
A A
D D
q
1
B
1
t
v v
q
2
T 1 T 2
T 2 T 1 1
q 1 q
2
C
A v v
D
lnT 1 lnT 2
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:
1
t
T 2 T 1
Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều:
T 2 TT 1 1 2 2
Hiệu suất của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt 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
ộ g
ệ q
ệ
ậ
ị
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
0
g
g
g
4. : chu trình thuận nghịch bẳng thức logic
Q T T
0
5. : chu trình không thuận nghịch BĐT logic (pt logic thứ 2)
Q T
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:
q
q
q
1
q
1 T 1
2 T 2
2
T 1 T 2
0
(q1 và q2 có dấu ngược nhau)
q 1 T T 1
q 2 T T 2
0
0
or
dq T T
q T T
:vi phân toàn phần, thể hiện sự biến thiên của một biến số trạng thái nào đó của hệ.
dq T
Ký hiệu là s; entropy, đơn vị là (J/K). Đây là một hàm trạng thái mới nên ta có:
h i
( /
ị l
hi
h
đ
)
l
i
l
2
ds
s
ds
và
s 1
2
dq T T
1
16
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
ạ g Đồ thị trạng thái T-s
ị
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.
Đồ thị trạng thái T-s
Có thể viết :
q
dq = Tds
2
Tds
= dt (122’1’)
q
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 Hết chương 3
18
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
