GVCC. PTS. Nguyn Văn Muôn VT LÝ KIN TRÚC–Phn 1: Môi trư#ng nhi$t %m (11/2011)
1
PH-N 1
MÔI TRƯ0NG NHI1T 2M
(Líp 09 VËt liÖu, §HKT)
Ch−¬ng 1
C¬ së vËt lý cña m«i tr−êng nhiÖt Èm
I. nh÷ng ®¹i l−îng nhiÖt Èm c¬ b¶n.
1. NhiÖt (NhiÖt l−îng )
§Þnh nghÜa vÒ nhiÖt hiÖn ®¹i nh− nªu ra ë ®©y l% 1 ®Þnh nghÜa ®¬n gi¶n, nh−ng
ch©n lý cña ®Þnh nghÜa n%y còng cßn ch−a râ r%ng v% c¸c ý t−ëng t¶n m¹n vÒ nhiÖt
hiÖn vÉn cßn rÊt chung chung.
NhiÖt (H) l 1 d¹ng n¨ng l−îng
§¬n vÞ : joule (J).
Joule l% ®¬n vÞ n¨ng l−îng cña hÖ SI ®−îc dïng ®Ó ®o ®Õm bÊt k× d¹ng n¨ng
l−îng n%o. Mét sè ®¬n vÞ sau ®©y vÉn cßn ®−îc dïng :
Calorie : 1 cal = 4,187J
Kilowatt giê : 1Kwh = 3,6 MJ
§¬n vÞ nhiÖt cña Anh (Buitish Thermal Unit), 1BTU = 1,055KJ
1 W ®æi ra ®−îc 0,86 Kcal/h
NhiÖt n¨ng l% thuéc tÝnh néi ph©n tö cña vËt chÊt. C¸c d¹ng n¨ng l−îng kh¸c
l% c¬ n¨ng, ho¸ n¨ng v% ®iÖn n¨ng. Nh÷ng d¹ng n%y cã thÓ chuyÓn th%nh nhiÖt n¨ng.
VÝ dô :
Ma s¸t ( c¬ n¨ng ) sinh ra nhiÖt n¨ng.
Dßng ®iÖn trong tô ®iÖn sinh ra nhiÖt.
Sù ch¸y biÕn ho¸ n¨ng trong vËt chÊt th%nh nhiÖt.
NhiÖt n¨ng th−êng ®ãng vai trß trung gian trong viÖc t¹o th%nh c¸c d¹ng n¨ng
l−îng kh¸c. VÝ dô : §iÖn n¨ng ®−îc s¶n xuÊt nhê ®èt than, nhiÖt n¨ng do mÆt trêi
cung cÊp còng l% gèc cña c¸c d¹ng n¨ng l−îng ho¸ th¹ch trªn tr¸i ®Êt nh− than, dÇu
chÝnh l% nh÷ng rõng nguyªn thuû sinh ra d−íi ¸nh n¾ng mÆt trêi.
2. NhiÖt ®é (Temperature)
NhiÖt ®é kh«ng gièng nh− nhiÖt l−îng, mét ngän löa nhá sÏ cã nhiÖt ®é cao h¬n
l% mét chËu n−íc s«i, song n−íc l¹i chøa nhiÒu nhiÖt l−îng h¬n ngän löa.
Cã thÓ coi nhiÖt ®é l% mét thuéc tÝnh cña mét vËt quyÕt ®Þnh sù táa nhiÖt hoÆc
thu nhiÖt cña vËt ®ã ®èi víi m«i tr−êng xung quanh.
NhiÖt ®é kh«ng tuyÖt ®èi (F): (Do G.D Fahrenheit ng−êi ph¸t minh ra nhiÖt kÕ
v% thuû ng©n nªu ra v%o ®Çu thÕ kØ 18).
0°K (Kenvil).
o273,15°C (NhiÖt ®é b¸ch ph©n – Celsius).
o459,69°F (Fahrenheit ). 32°F : §ãng b¨ng ; 212°F : s«i.
C«ng thøc chuyÓn ®æi nhiÖt ®é:

3295 −=
3259 += 
Khi kh«ng khÝ cã nhiÖt ®é b»ng
C
o
40−
th× còng cã nhiÖt ®é b»ng
F
o
40−
GVCC. PTS. Nguyn Văn Muôn VT LÝ KIN TRÚC–Phn 1: Môi trư#ng nhi$t %m (11/2011)
2
Nh− vËy 1BTU l% nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng 1 pound n−íc lªn 1 ®é F.
3. NhiÖt dung.
NhiÖt dung (Heat Capacity ) hay cßn gäi l tû nhiÖt.
C¸c vËt liÖu kh¸c nhau cã cïng 1 khèi l−îng cã thÓ gi÷ 1 nhiÖt l−îng kh¸c
nhau. §Ó t¨ng n−íc v% dÇu lªn 1 kho¶ng nhiÖt ®é n%o ®Êy th× n−íc cÇn nhiÖt l−îng
h¬n. Nh− vËy n−íc cã nhiÖt dung hay tØ nhiÖt lín h¬n dÇu.
NhiÖt dung riªng (C) cña mét khèi vËt liÖu l% nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng 1kg
vËt liÖu lªn 1°C (1°K).
§¬n vÞ J/kg.K (hoÆc J/kg.°C).
TØ nhiÖt cña n−íc cao h¬n nhiÒu chÊt kh¸c. Do ®ã n−íc chÝnh l% m«i tr−êng tèt
®Ó gi÷ nhiÖt. NhiÖt ®é trªn tr¸i ®Êt æn ®Þnh l% nhê nhiÖt l−îng khæng lå trong c¸c ®¹i
d−¬ng v% chÝnh nh÷ng vïng n−íc bao quanh c¸c ®¶o, thÝ dô nh− xø ®¶o Anh Quèc sÏ
®iÒu ho% nhiÖt ®é ®Ó tr¸nh c¸c tr¹ng th¸i cùc ®oan. Nh÷ng thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt nh−
c¸c èng dÉn nhiÖt, nåi h¬i ®Òu dïng n−íc l%m m«i tr−êng trung gian.
VËt liÖu NhiÖt dung riªng, J/kg K
N−íc 4190
Bª t«ng hoÆc G¹ch x©y 3300
B¨ng 2100
DÇu háa 2100
Gç 1700
Nh«m 910
§¸ hoa 880
KÝnh 700
ThÐp 450
§ång 390
Chó thÝch: C¸c gi¸ trÞ sÏ kh¸c nhau tïy lo¹i vËt liÖu x©y dùng (Nguån: McMullan)
4. NhiÖt hiÓn v nhiÖt Èn.
§Ó hiÓu râ ®¹i ®a sè c¸c chÊt biÕn ®æi nh− thÕ n%o, tèt nhÊt ta xem xÐt qu¸ tr×nh
chuyÓn tr¹ng th¸i cña n−íc. H×nh1.1 cho thÊy t¸c dông cÊp nhiÖt liªn tôc cho 1 khèi
n−íc ®¸.
H×nh 1.1: C¸c pha cña chÊt láng
100
o
C
NhiÖt Èn
335 kJ
NhiÖt hiÓn
420 kJ
NhiÖt Èn
2260 kJ
Ho¸ láng
Phôt khÝ
o¸ h¬i
N−íc
N
−íc ®¸
0
o
C
NhiÖt cÊp cho khèi n−íc ®¸
Khèi l−îng n−íc ®¸ = 1kG
GVCC. PTS. Nguyn Văn Muôn VT LÝ KIN TRÚC–Phn 1: Môi trư#ng nhi$t %m (11/2011)
3
NhiÖt hiÓn (Sensible Heat)
Khi vËt chÊt tån t¹i ë d¹ng n−íc ®¸, n−íc, phôt khÝ th× nhiÖt ®é t¨ng ®Òu trong
khi cÊp nhiÖt. NhiÖt l−îng n%y gäi l% “nhiÖt hiÓn” ( sensible heat) v× sù thay ®æi cña
nã ®−îc hiÓn thÞ tr«ng thÊy b»ng sù t¨ng nhiÖt ®é trªn nhiÖt kÕ.
NhiÖt hiÓn l% nhiÖt n¨ng hÊp thô hoÆc th¶i ra trong qu¸ tr×nh thay ®æi nhiÖt ®é
cña vËt chÊt.
NhiÖt hiÓn H = m.c.θ
Trong ®ã :
H = L−îng nhiÖt hiÓn (J).
m = Khèi l−îng vËt chÊt (kg).
c = TØ nhiÖt cña chÊt ( J/kg.K).
θ= θ
2
– θ
1
= Sù thay ®æi nhiÖt ®é (°C).
VÝ dô : Mét lß nhiÖt chøa nh÷ng khèi g¹ch cã kÝck th−íc 800 x 500 x 220 mm.
Khèi bª t«ng cã tØ träng 2400kg/m3 v% tØ nhiÖt 3300J/kg.K. Bá qua sù mÊt nhiÖt, tÝnh
nhiÖt l−îng cÇn thiÕt ®Ó t¨ng khèi bª t«ng n%y tõ 15°C lªn 35°C.
Gi¶i : V = 0,8.0,5.0,22 = 0,088m3.
M = 2400.0,088 = 211,1kg.
H = 211,2.3300. (35 – 15) = 13939200J = 13,94MJ.
NhiÖt Èn (Latent heat )
Khi vËt chÊt chuyÓn tõ tr¹ng th¸i n%y sang tr¹ng th¸i kh¸c th× nhiÖt ®é kh«ng
thay ®æi, mÆc dï vÉn cung cÊp nhiÖt. L−îng nhiÖt n%y gäi l% “nhiÖt Èn” v× nã kh«ng
c¶m thÊy ®−îc, tøc l% sù thay ®æi cña nã kh«ng ®−îc hiÓn thÞ tr«ng thÊy b»ng sù t¨ng
nhiÖt ®é trªn nhiÖt kÕ.
NhiÖt Èn l% nhiÖt n¨ng hÊp thô hoÆc th¶i khi vËt chÊt thay ®æi tr¹ng th¸i m%
kh«ng thay ®æi nhiÖt ®é.
Cã 2 tªn gäi cña nhiÖt Èn :
NhiÖt Èn ho¸ h¬i (Latent heat of vaporisation).
NhiÖt Èn hãa láng (Latent heat of fusion).
ChÊt láng cã thÓ ho¸ h¬i m% kh«ng cÇn cÊp nhiÖt b»ng c¸ch bay
h¬i(evaporation) ch¼ng h¹n. NhiÖt Èn dïng cho qu¸ tr×nh bay h¬i n%y ®−îc lÊy tõ m«i
tr−êng xung quanh v% t¹o th%nh hiÖu øng l%m l¹nh hÕt søc quan träng.
NhiÖt Èn : H = m.l
H : L−îng nhiÖt Èn (J).
m : Khèi l−îng vËt chÊt.
l : nhiÖt Èn riªng cña sù thay ®æi pha (J/kg).
NhiÖt Èn riªng ( Specific latent heat) l% sè ®o l−îng nhiÖt thu hoÆc th¶i cña
chÊt ®Ó thay ®æi tr¹ng th¸i.
§¬n vÞ J/kg.
Mét sè nhiÖt Èn riªng :
nhiÖt Èn riªng cña n−íc ®¸ 335.000J/kg = 335 kJ/kg
nhiÖt Èn riªng cña khÝ h¬i (Steam) 2.260.000J/kg = 2.260 kJ/kg
5. Enthalpy.
L% tæng nhiÖt l−îng (nhiÖt hiÓn + nhiÖt Èn) chøa trong khèi vËt chÊt so víi
nhiÖt ®é 0°C. Enthalpy cßn cã thÓ gäi l% “nhiÖt h%m”
6. Sù gi'n në (Expantion).
GVCC. PTS. Nguyn Văn Muôn VT LÝ KIN TRÚC–Phn 1: Môi trư#ng nhi$t %m (11/2011)
4
§¹i ®a sè c¸c chÊt ®Òu në v× nhiÖt v% co v× l¹nh. Nªn sù co d•n tù nhiªn cña c¬
thÓ l% cã h¹n th× sÏ xuÊt hiÖn sù c−ìng bøc. C¸c chÊt kh¸c nhau ®Òu d•n në kh¸c
nhau v% hÖ sè në nhiÖt d%i l% phÐp ®o sù thay ®æi t−¬ng ®èi vÒ ®é d%i. Sù d•n në bÒ
mÆt (diÖn tÝch) v% në khèi cã thÓ ®o¸n nhËn qua sù d•n në d%i.
*ChÊt r¾n :
HÖ sè në d%i cña thÐp l% 12.10
o6
/ C cã nghÜa l% 1 thanh s¾t sÏ t¨ng 1 ®é d%i
t−¬ng ®èi l% 12/1.000.000 khi nhiÖt ®é t¨ng thªm 1C. Bª t«ng ( Concrete) cã ®é d•n
në gièng thÐp. Nh«m d•n gÊp ®«i, cßn chÊt dÎo gÊp 10 lÇn. Sù ph¸ huû c«ng tr×nh do
d•n në cña nh÷ng ng«i nh% sau ho¶ ho¹n l% ®iÒu ®¸ng quan t©m khi ®¸nh gi¸ ®é bÒn.
*ChÊt láng :
ChÊt láng d•n në m¹nh h¬n chÊt r¾n t¹i cïng 1 nhiÖt ®é. C¸c chÊt láng còng
d•n në kh¸c nhau: R−îu d•n në gÊp 5 lÇn so víi n−íc. §a sè c¸c chÊt láng gÆp l¹nh
th× co l¹i, riªng víi n−íc th× thÓ tÝch l¹i t¨ng khi nhiÖt ®é thay ®æi tõ 4
o
C xuèng 0
o
C.
Sù d•n në cña n−íc sÏ l% mèi nguy h¹i cho c«ng tr×nh x©y dùng hoÆc c¸c chi tiÕt
m¸y v% mèi nèi c«ng tr×nh nÕu kh«ng gi¸m s¸t kÜ. N−íc m−a sÏ ®ãng b¨ng v% d•n në
l%m mÊt c¸c liªn kÕt trong kÕt cÊu x©y dùng.
*KhÝ :
KhÝ d•n në gÊp h%ng tr¨m lÇn chÊt láng. Sù d•n në n%y kh«ng thÓ nhËn thÊy
®−îc nÕu ®ùng khÝ trong c¸c container bëi v× ¸p suÊt sÏ t¨ng lªn. NÕu khÝ d•n në trong
®iÒu kiÖn ¸p suÊt cè ®Þnh th× hÖ sè në thÓ tÝch sÏ l% 1/273 cho mçi ®é (
o
C) kÓ tõ 0
o
C .
7.KhÝ v h¬i :
KhÝ : l% 1 trong 3 tr¹ng th¸i cña vËt chÊt. Theo lÝ thuyÕt nhiÖt ®éng th× c¸c
ph©n tö khÝ lu«n chuyÓn ®éng.


 =
§¬n vÞ : Pascal (Pa).
1 Pascal = 1 Newton / metr2 (1N / m2).
C¸c ®¬n vÞ kh¸c :
Milimet cét n−íc : milibars (mb) 1mb = 101Pa.
Mm thuû ng©n (mm) 1mm = 133Pa.
C¸c ®Þnh luËt khÝ :
§Þnh luËt Boyle
221
..tan. VPVPhoÆctconsVP ==
(t = const).
§Þnh luËt Charle
TtconsV
×
=
tan
( P = const).
§Þnh luËt ¸p suÊt P = const x T (V = const).
LuËt tæng qu¸t :
2
22
1
11
T
V.P
T
V.P
hoÆcttancons
T
V.P ==
(1.1)
Ghi chó : NhiÖt ®é tÝnh theo K.
§Þnh luËt Dalton vÒ ¸p suÊt riªng.
NÕu 1 hçn hîp c¸c khÝ kh¸c nhau cã ¸p suÊt riªng th× sÏ cã ®Æc ®iÓm sau :
¸p suÊt riªng cña mçi th%nh phÇn khÝ kh«ng phô thuéc v%o ¸p suÊt cña c¸c
th%nh phÇn khÝ kh¸c.
Tæng ¸p suÊt cña hçn hîp = tæng ¸p suÊt c¸c th%nh phÇn khÝ.
NhiÖt ®é v% ¸p suÊt tiªu chuÈn : (dïng ®Ó so s¸nh c¸c khÝ kh¸c nhau)
GVCC. PTS. Nguyn Văn Muôn VT LÝ KIN TRÚC–Phn 1: Môi trư#ng nhi$t %m (11/2011)
5
NhiÖt ®é tiªu chuÈn = 0C = 273K.
¸p suÊt tiªu chuÈn = 101,3kPa = 766mmHg (1 atmosphere).
VÝ dô :
T¹i nhiÖt ®é 20C v% ¸p suÊt 200Kpa mét khèi khÝ cã thÓ tÝch b»ng 3 lÝt. Hái
thÓ tÝch khÝ sÏ l% bao nhiªu t¹i nhiÖt ®é v% ¸p suÊt tiªu chuÈn :
P1 = 200Kpa, V1 = 3 lit ; P2 = 101,3Kpa, V2 = ?.
T1 = 273 + 20 = 293 K ; T2 = 273K.
Sö dông ph−¬ng tr×nh : P1V1 /T1 = P2V2 / T2 suy ra:
V2 = 200.3.273 / 293.101,3 = 5,519 lit.
H¬i (Vapour):
H¬i l% thÓ vËt chÊt d−íi d¹ng ®Æc biÖt cña pha khÝ v% cã 1 v%i thuéc tÝnh kh¸c
víi cïng lo¹i khÝ Êy. VÝ dô, khi h¬i bÞ nÐn l¹i th× ¸p suÊt sÏ t¨ng cho tíi khi h¬i biÕn
th%nh chÊt láng t¹i 1 ®iÓm nhÊt ®Þnh.
H¬i l 1 thÓ vËt chÊt ë tr¹ng th¸i khÝ, nã bÞ ho¸ láng b»ng c¸ch nÐn m
kh«ng thay ®æi nhiÖt ®é.
NhiÖt ®é tíi h¹n cña 1 chÊt l% nhiÖt ®é m% nÕu lín h¬n nhiÖt ®é Êy tr¹ng th¸i
h¬i sÏ kh«ng tån t¹i. Hay còng cã thÓ nãi r»ng ®ã l% nhiÖt ®é kÓ tõ ®ã trë lªn mét chÊt
khÝ kh«ng thÓ hãa láng khi ®¬n thuÇn bÞ nÐn.
B¶ng 1.1 ®−a ra mét sè nhiÖt ®é tíi h¹n cña mét sè chÊt cã liªn quan tíi s−ëi v%
l%m l¹nh. Nh− vËy khÝ phôt cña tuabin (steam) sÏ l% h¬i ë 100
o
C nh−ng t¹i 500
o
C th×
l% khÝ.
B¶ng 1.1: NhiÖt ®é tíi h¹n 1 sè chÊt
 

Oxigen (O2)
Kh«ng khÝ
CO2
Hamonia (NH3)
N−íc (H2O)
o119
o141
31
132
374
KhÝ quyÓn
Th%nh phÇn cña khÝ quyÓn kh« v% s¹ch l% nh− sau:
Nitrogen (N2) 78%
Oxygen ( O2) 21%
Dioxide Carbon ( CO2) v% c¸c khÝ kh¸c 1%
KhÝ quyÓn l% mét tËp hîp c¸c khÝ cã trªn bÒ mÆt Tr¸i ®Êt. Ngo%i kh«ng khÝ ra
khÝ quyÓn cßn chøa mét v%i phÇn tr¨m h¬i n−íc v% chøa c¶ c¸c chÊt « nhiÔm.
KhÝ quyÓn g©y ra mét ¸p suÊt trªn mÆt ®Êt phô thuéc v%o mËt ®é trung b×nh
v% chiÒu cao cña cét khÝ quyÓn. p suÊt t¸c ®éng theo c¸c h−íng v% biÕn ®æi theo vÜ ®é
v% ®iÒu kiÖn thêi tiÕt ®Þa ph−¬ng. Trªn mùc n−íc biÓn nã cã gi¸ trÞ b»ng 101,3 kPa v%
®−îc ®o b»ng c¸c lo¹i khÝ ¸p kÕ.
8.§é Èm (Humidity)
§é Èm tuyÖt ®èi:
o§¹i l−îng f (g/m3): sè gram h¬i n−íc cã trong 1 m3 kh«ng khÝ.
oMét c¸ch biÓu diÔn kh¸c cña ®é Èm l% dïng ¸p suÊt h¬i Èm e, tøc l% ¸p suÊt riªng
phÇn cña h¬i n−íc trong ®iÒu kiÖn khÝ quyÓn ®• biÕt.