các nguyên lí nghiệt động học

4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học 2 Trong mot qua trình biên đồi, độ biên thiên nội năng của hệ có giá trị bằng tổng đại sô của công và nhiệt mà hệ nhận được trong quá trìn

CAC NGUYEN LY CUA

4 Khái niêm nhiệt đô

„ Nhiệt độ của một vật là đại lượng vật lý

đặc trưng cho mức độ chuyên động non loạn của các phân tử câu tạo nên vậi

» †a cảm nhận vật A “ nóng” hơn vật B khi các

phân tử của vật A chuyên động hôn độn

nhanh hơn các phân tử của vật B

=» Cac thang đo nhiệt độ

» Celsius: °C

» Kelvin: K = °C + 273

» Fahrenheit: °F = (9/5)(°C + 32)

Nội năng của một hệ nhiệt động

„ Hệ nhiệt động: là một hệ được câu tạo từ một sô rât lớn

các hạt (phân tử, nguyên tử, .)

„Nội năng của một hệ nhiệt động là tổng năng lượng

chuyên động và tương tác giữa các phân tử của hệ,

bao gồm:

„ động năng chuyên động hỗn loạn của các phân tử

„ thê năng tương tác giữa các phân tử

„ động năng và thê năng dao động của các nguyên tử trong phân

4 Công và nhiệt

Công là phân năng lượng được trao đồi khi có

sự tương tác giữa các vật vĩ mô

Nhiệt là phân năng lượng được trao đồi khi có

sự tương tác giữa các phân tử của các vật tương tác

Công có thê biên thành nhiệt và ngược lại

Đương lượng công của nhiét: 1 cal = 4,18 J

Khái niệm “công” và “nhiệt” chỉ xuất hiện khi

có sự trao đôi năng lượng Chúng là các hàm quá trình, và không phải là các dạng năng lượng

4 Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học

2 Trong mot qua trình biên đồi, độ biên thiên

nội năng của hệ có giá trị bằng tổng đại sô

của công và nhiệt mà hệ nhận được trong

quá trình đó

=» QUY ƯỚC:

zø ð > 0 và öQ >0 là công và nhiệt mà hệ nhận

được từ bên ngoài

» OA <0 va 0Q < 0 là công mà hệ thực hiện và nhiệt mà hệ tỏa ra bên ngoài

4 Các quá trình cân bằng của khí lý tưởng

m Khí lý tưởng là khí mà trong đó các phân tử có thê được coi như các chât điệm không tương

tác với nhau trừ khi va chạm

= Trang thai cân bằng của hệ là trạng thái bât

biên theo thời gian và tinh bat biên này không

phụ thuộc vào các quá trình của ngoại vật Mỗi

TTCB được biêu diễn bằng một điểm trên đô thị (p,V), (p, 1), nay (V, 1)

„ Quá trình cân bằng là quá trình biên đối gồm

một chuỗi liên tiêp các trạng thái cân bằng.

+ Công trong quá trình cân bằng

„ Công của áp lực trong một quá trình cân bằng:

+ Nhiét trong qua trinh can bang

„ Nhiệt trong quá trình cân bằng được tính theo công thức:

Ll

= 6Q : nhiét lwong trao déi trong qua trinh vi phan (J)

„ dT : độ biên thiên nhiệt độ trong quá trình vi phân (K)

„ C: nhiệt dung riêng (dJ/kg.K)

„ C : nhiệt dụng mol (J/mol.K)

„ u: khối lượng mol (kg/mol)

+ Nội năng của khí lý tưởng

„ Nội năng của khôi khí lý tưởng có khôi lượng

= R: hang so khi (R = 8,31 J/mol.K)

„ i: sô bậc tự do của phân tử khí

„ Khí đơn nguyên tử: I = 3

„ khí lưỡng nguyên tử: I = 5

„ khí đa (> 2) nguyên tử: ¡ = 6

„ Quá trình đẳng tích: là quá trình trong đó

thê tích của hệ không đồi (V = const)

„ Định luật Charles: F =const (2.5)

„ Công: A =0

„ Nguyên lý 1 tro thanh: dU = 6Q = nC,dT

„ độ biên thiên nội năng của hệ bằng nhiệt lượng mà

hệ trao đôi với bên ngoài

„ nhiệt dung mol đẳng tích được tính theo công thức:

l

= Quá trình đẳng áp: là quá trình trong đó

áp suât của khôi khí không đôi (b = const)

Ứng dụng nguyên lý thứ nhật cho các

quá trình cân bằng của khí lý tưởng

= Quá trình đẳng nhiệt: là quá trình trong đó

nhiệt độ của hệ không doéi (p = const)

„ Định luật Boyle - Mariotte: pVW =consf (2.12)

„ Không có biên thiên nội năng: dU = 0

Ứng dụng nguyên lý thứ nhật cho các

quá trình cân bằng của khí lý tưởng

„ Quá trình đoạn nhiệt: là quá trình trong đó hệ

không trao đổi nhiệt với bên ngoài (ö Q = 0)

4 Nhan xét vé nguyén ly 1 NDLH

=» Nguyén ly 1 cua NBLH chinh la dinh luat bao

toàn và chuyên hóa năng lượng áp dụng cho

„5 Cùng nhiệt lượng Q khi lây từ môi trường có nhiệt độ

cao thì có chât lượng hơn khi lây từ môi trường có nhiệt độ thâp

4 Qua trinh thuan nghich & khong thuan nghich

„ Một quá trình biên đồi của hệ từ trạng thái (1)

sang trạng thal (2) được gọi là thuận nghịch khi

nó có thê được tiên hành theo chiêu ngược lại

và trong quá trình ngược do, he di qua tat ca

cac trạng thái trung gian như trong quá trình

thuận

» oau khi hoàn tat mot qua trinh thuan va mot qua trinh nghịch, hệ trở về trạng thái ban đầu và môi trường xung quanh hoàn toàn không bị biên đồi

„ Quá trình không thuận nghịch là quá trình mà

khi tiên hành theo chiêu ngược lại, hệ không đi qua đây đủ các trạng thái trung gian như trong

quá trình thuận

s Máy nhiệt gồm 3 thành phân chính:

„ Tác nhân: la chat làm nhiệm vụ biên công

thành nhiệt hoặc ngược lại theo các chu trình

„ Nguôn nóng: có nhiệt độ T,, trao đôi nhiệt Q

với tác nhân

„ Nguồn lạnh: có nhiệt độ T› (T;< T,), trao đổi

nhiệt Q; với tác nhân

4 Dong cơ nhiệt

„ Tác nhân nhận nhiệt Q, từ nguôn nóng,

sinh cong A va nha cho nguôn lạnh nhiệt

lwong Qs

„ Theo nguyên lý 1: |A|=|@,|-|Ó.| (218

« lưu ý là dU = 0 khi hệ hoàn tật một chu trình

„ Hiệu suât của động cơ nhiệt:

"x1 (2.17)

+ May lam lanh

„ Tác nhân tiêu thụ công A đề lây nhiệt

lượng ©›; từ nguôn lạnh rôi truyên nhiệt

lượng Q cho nguôn nóng

+ Nguyên lý thứ hai của NDLH

„ Phát biêu của Thompson: Không thê chê tạo được

một động cơ nhiệt biên nhiệt lượng hoàn toàn

thành công mà không có bất cứ sự thay đồi nào

+ Chu trinh Carnot

„ Chu trình carnot thuận nghịch là chu trình gồm hai quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch xen kẽ với

hai quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch

„ Hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch:

L

I,

„ Hiệu suât này chỉ phụ thuộc nhiệt độ của nguôn nóng

và nguôn lạnh

4 Dinh ly Carnot

„ Hiệu suât của tât cả các động cơ thuận nghịch

chạy theo chu trình Carnot với cùng nguôn nóng

và nguôn lạnh đêu bằng nhau và không phụ

thuộc vào tác nhân cũng như cách chê tạo máy Hiệu suât của động cơ không thuận nghịch thì nhỏ hơn hiệu suât của động cơ thuận nghịch

„ Nhiệt không thê biên hoàn toàn thành công

„ Hiệu suất của động cơ nhiệt càng lớn nêu nhiệt độ

nguôn nóng cảng cao và nhiệt độ nguôn lạnh càng

thập Do đó, nhiệt lây tư nguôn CÔ nhiệt độ cao thì có

chât lượng hơn nhiệt lây từ nguôn có nhiệt độ thâp

hơn.

+ Biéu thức định lượng của nguyên ly 2

„ Biêu thức định lượng của nguyên lý 2

O|-|G| T-T oy)

0, T,

„ Vì Q, là nhiệt lượng mà hệ nhả cho nguồn

lạnh (ở động cơ nhiệt), nên Q, < 0 và do đó

+ Biéu thức định lượng của nguyên ly 2

„ Tổng quát, nêu hệ biên đồi theo chu trình gồm nhiêu

quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau, mỗi

quá trình đẳng nhiệt ứng với nhiệt độ T, và nhiệt lượng

hệ nhận được ©, thì ta có:

ra '<0 (2.23)

„Nếu chu trình gồm vô số quá trình ứng với các giá trị

nhiệt độ rât gân nhau và biên thiên liên tục, thì ta có:

biểu thức định lượng 2Q dau “=“ ứng với qt thuận nghịch tông quát của nguyên lý <Q) dau “<* ứng với qt không thuận

thu hai NDLH T nghich

(2.24)

4 Ham entrool

=» Ham entropi S la một ham trạng thái của hệ

được định nghĩa sao cho độ biên thiên của S khi

hệ biên đồi từ trạng thái (1) sang trạng thái (2)

có giá trị băng tích phân của 6Q/T từ (1) đến (2)

theo một quá trình thuận nghịch bắt kỳ

4 Ham entrool

= Tinh chat cua ham entropi S:

„ S là một hàm trạng thái, do đó độ biên thiên

của nó không phụ thuộc vào quá trình biên đôi mà chỉ phụ thuộc trạng thái đâu và cuôi

+ Biêu thức của nguyên lý 2 việt theo entropi

„ Biêu thức của nguyên lý thứ 2 NDLH co thé

được viêt theo hàm entropi như sau:

AS = | = (2.28)

00

hoac dudi dang viphan: d§ >— = (2.29)

rT

dau = ứng với qt thuan nghich

dâu > ứng với qt không thuận nghịch

4 Nguyên ly tăng entropi

„ Với hệ không cô lập, entropi của hệ có thé tăng, giảm, hoặc không đổi

„ Với hệ cô lập, do không có trao đồi nhiệt với bên

ngoài nên õQ = 0 và do đó (2.28) trở thành:

nghĩa là entropi của hệ không thê giảm mà chỉ

có thê tăng (trong qt không thuận nghịch) hoặc không đồi (trong gt thuận nghịch)

4 Nguyên ly tăng entropi

„ Trong thực tê, các quá trình nhiệt động đều là

không thuận nghịch, nên ta có nguyên lý tăng

entrool:

Với các quá trình nhiệt động thực tế xảy ra

trong một hệ có lập thi entropi của hệ luôn tăng

„ một hệ cô lập không thể hai lần đi qua cùng một trạng

thái

„ một hệ đạt đến trạng thái cân bằng khi entropi của nó

dat gia tri cuc dal

+ Y nghia vat ly cua entropi

= Entropi — mũi tên của thời gian

„ Những thay đôi khả dĩ duy nhật của một hệ cô lập là

những thay đôi trong đó entropi của hệ tăng hoặc không đôi Những thay đôi mà trong đó entropi của

hệ giảm không bao giờ xảy ra

„ Entropi — thước đo mức độ hỗn độn của các

phân tử trong hệ

=kÌnw

„ k: hằng sô Boltzmann

„ W: xác suât nhiệt động