Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Cao đẳng) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Một số khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí; Định luật nhiệt động thứ I, Các phương pháp tính nhiệt và công; Định luật nhiệt động thứ II. Mời các bạn cùng tham khảo!
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ
THÔNG SỐ TRẠNG THÁI
1.1.1 Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật
Nhiệt động lực học là 1 bộ phận của vật lý học, nghiên cứu những quy luật về biến đổi năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng và cơ năng và các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả của các sự biến đổi đó
Cơ sở của nhiệt động lực học là 2 định luật thực nghiệm:
- Định luật nhiệt động thứ nhất: Đây là định luật về bảo toàn và biến hóa năng lượng (công, nhiệt lượng, các dạng năng lượng khác như động năng, thế năng) trong phạm vi nhiệt động
- Định luật nhiệt động thứ 2: Chỉ ra chiều hướng diễn biến của các quá trình, thiết lập giới hạn tối đa của biến hóa năng lượng từ nhiệt sang công trong các động cơ nhiệt, nêu lên điều kiện để thực hiện những quá trình ngược với chiều tự phát Đối tượng nghiên cứu trong phạm vi nhiệt động lực học còn gọi là hệ thống nhiệt động Bên trong hệ thống này nhất định phải có chất công tác mà ta gọi là chất môi giới Khi hệ thống hoạt động, trạng thái của chất môi giới phải có sự thay đổi Nhờ đó làm xuất hiện sự trao đổi công và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường Hay nói cách khác chính sự trao đổi công và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường làm cho trạng thái của chất môi giới bị thay đổi
Tùy theo hướng chuyển động của nhiệt lượng mà người ta chia các máy nhiệt ra độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp), loại ngược chiều (năng lượng được truyền theo chiều ngược lại từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao)
Các máy nhiệt làm việc theo chu trình thuận chiều được gọi chung là động cơ nhiệt, đây là chiều truyền nhiệt tự nhiên nên ta nhận được công có ích
Các máy nhiệt làm việc theo chu trình ngược chiều gọi là bơm nhiệt hay máy làm lạnh, đây là chiều truyền nhiệt không tự nhiên nên ta phải tốn công
1.1.2 Hệ nhiệt động a Hệ thống nhiệt động
Là khoảng không gian trong đó có chứa 1 lượng nhất định chất môi giới đang được khảo sát bằng các biện pháp nhiệt động Còn tất cả những gì không nằm trong hệ thống và không thuộc phạm vi khảo sát gọi chung là môi trường Giữa chất môi giới và môi trường luôn luôn tồn tại bề mặt ngăn cách Bề mặt này có thể là bề mặt thật hoặc tưởng tượng, có thể đứng yên hoặc chuyển động và có thể thay đổi tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu cụ thể nào đó
Bất kỳ hệ thống nhiệt động nào cũng phải có: Chất môi giới, nguồn nóng, nguồn lạnh
➢ Hệ thống nhiệt động kín:
Lượng chất môi giới bên trong hệ thống được duy trì không đổi, chất môi giới không thể đi xuyên qua bề mặt ngăn cách giữa hệ thống và môi trường Ví dụ: máy lạnh
➢ Hệ thống nhiệt động hở:
Chất môi giới có thể đi vào, đi ra khỏi hệ thống, có nghĩa là chất môi giới có thể đi xuyên qua bề mặt ranh giới Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tua bin khí
➢ Hệ thống nhiệt động đoạn nhiệt:
Chất môi giới và môi trường không có sự trao đổi nhiệt, có nghĩa là trong quá trình hoạt động thì chất môi giới hoàn toàn không nhả nhiệt ra môi trường cũng như không nhận nhiệt từ môi trường
➢ Hệ thống nhiệt động cô lập:
Chất môi giới và môi trường hoàn toàn không bất kỳ sự trao đổi nhiệt lượng nào có nghĩa là hệ thống không có sự trao đổi nhiệt và công với môi trường b Nguồn nhiệt
Bao gồm: nguồn nóng và nguồn lạnh (xét cùng 1 hệ thống, nguồn nào có nhiệt độ cao hơn là nguồn nóng, và nguồn nào có nhiệt độ thấp hơn là nguồn lạnh)
Do ý nghĩa tương đối này nên với cùng 1 nguồn, có thể đối với hệ thống này nó là nguồn nóng còn đối với hệ thống khác nó là nguồn lạnh Ví dụ: Đối với động cơ đốt trong, môi trường không khí xung quanh là nguồn lạnh; còn trong tủ lạnh thì môi trường không khí xung quanh là nguồn nóng c Động cơ nhiệt, bơm nhiệt và máy làm lạnh
Là loại máy nhiệt dùng để sinh công
Trong các loại máy này, chất môi giới sẽ vận chuyển nhiệt lượng theo chiều thuận từ nguồn nóng đến nguồn lạnh và giãn nở sinh công
Ví dụ: động cơ đốt trong, động cơ phản lực, thiết bị động lực hơi nước, các loại tuabin
Gọi Q1: nhiệt lượng mà chất môi giới nhận được từ nguồn nóng
Q2: nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho nguồn lạnh
Quy ước chung: Q (+): nhận nhiệt
W (-): nhận công Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Q1 = |Q2| + W Hiệu suất nhiệt (mức độ biến đổi từ nhiệt sang công)
= = − = −Nếu tính theo 1 đơn vị khối lượng của chất môi giới, ta có:
Bơm nhiệt, máy làm lạnh
Bơm nhiệt và máy làm lạnh đều là loại máy nhiệt nhận công từ bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn nóng
Gọi Q1: nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho nguồn nóng
Q2: nhiệt lượng mà chất môi giới nhận vào từ nguồn lạnh
+ Hệ số làm nóng (dùng để đánh giá tính hiệu quả của bơm nhiệt): φ
− + Hệ số làm lạnh (dùng để đánh giá hiệu quả của các loại máy lạnh): ε
− Tính theo 1 đơn vị của chất môi giới
Là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ thống nhiệt động
Ví dụ: Tuabin khí, động cơ đốt trong: sản phẩm cháy của nhiên liệu; Động cơ hơi nước: hơi nước
Hệ thống lạnh: ammonia, freon (tác nhân lạnh)
Hệ thống sấy: tác nhân sấy
Chất môi giới có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí, hơi Thường gặp chất môi giới ở trạng thái khí và hơi
Nếu chất môi giới được xem là khí, ta sẽ giải quyết vấn đề 1 cách đơn giản hơn thông qua các công thức bằng cách đưa ra 1 khái niệm mới là khí lý tưởng Ta gọi 1 chất môi giới ở thể khí là khí lý tưởng nếu nó thỏa mãn các điều kiện sau
− Thể tích bản thân các phân tử bằng 0
− Lực tương tác giữa các phân tử bằng 0
− Các phân tử chỉ là những chất điểm chuyển động
Có thể xem oxy, nitơ, argon, helium, hydro, hơi nước có trong không khí ẩm… ở trạng thái thường gặp là khí lý tưởng
Hơi nước trong thiết bị động lực hơi nước, tác nhân lạnh trong các hệ thống lạnh
… không được xem là khí lý tưởng
1.1.3 Tính chất của thông số trạng thái
QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Pha: được dùng để biểu diễn 1 khối chất môi giới có cùng cấu trúc vật lý (rắn lỏng, hơi hay khí) và thành phần hóa học
Khi cấp nhiệt hoặc thải nhiệt, tất cả các môi chất đều thay đổi trạng thái và chuyển pha ở áp suất và nhiệt độ khác nhau:
- Nóng chảy: là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và quá trình ngược lại chuyển từ pha lỏng sang pha rắn gọi là đông đặc Môi chất nhận nhiệt khi nóng chảy và thải nhiệt khi đông đặc
- Hóa hơi: là quá trình chuyển từ pha lỏng sang pha hơi và ngược lại chuyển từ pha hơi sang pha lỏng gọi là ngưng tụ Môi chất nhận nhiệt khi hóa hơi và thải nhiệt khi ngưng tụ
Tùy điều kiện khác nhau, quá trình hóa hơi có thể chia ra làm 2 quá trình bay hơi và quá trình sôi Quá trình bay hơi chỉ xảy ra trên mặt thoáng, còn quá trình sôi xảy ra ở cả khối môi chất Nhiệt độ ở quá trình hóa hơi hoặc ngưng tụ gọi là nhiệt độ bão hòa (hoặc nhiệt độ sôi) Nhiệt độ bão hòa phụ thuộc vào áp suất Nước ở áp suất khí quyển có nhiệt độ bão hòa (nhiệt độ sôi) xấp xỉ 100 o C
- Thăng hoa: là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha hơi và ngược lại quá trình chuyển từ pha hơi sang pha rắn gọi là quá trình ngưng kết Môi chất nhận nhiệt khi thăng hoa và thải nhiệt khi ngưng kết
Trong 1 chu trình luôn luôn có quá trình nhận nhiệt từ nguồn này, nhả nhiệt cho nguồn kia và kèm theo quá trình nhận hoặc sinh công Do đó, trong 1 chu trình nhiệt động ít nhất phải có: 1 nguồn nóng, 1 nguồn lạnh và chất môi giới
1.2.2 Các loại quá trình nhiệt động
Trong nhiệt động lực học, không những chúng ta chỉ xét quá trình nói chung mà ta cần chú ý đến cả chiều diễn biến của quá trình Vì thế dưới đây ta sẽ xét khái niệm quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch
Quá trình thuận nghịch là quá trình diễn biến theo cả hai chiều, trong đó nếu lúc đầu quá trình diễn ra theo một chiều nào đó (chiều thuận) rồi sau lại diễn ra theo chiều ngược lại để trở về trạng thái ban đầu thì hệ đi qua mọi trạng thái giống như lúc hệ diễn biến theo chiều thuận và khi hệ đã trở về trạng thái ban đầu thì không gây ra một biến đổi gì cho ngoại vi
Mọi quá trình thuận nghịch đều là quá trình chuẩn cân bằng Ta có thể biểu diễn quá trình thuận nghịch trên đồ thị bằng một đường cong liền nét như đối với quá trình chuẩn cân bằng
Mọi quá trình thực do diễn biến nhanh hoặc vì bao giờ cũng có sự tỏa nhiệt do ma sát nên chúng đều không phải là quá trình thuận nghịch Trong trường hợp này khi hệ trở lại trạng thái ban đầu thì quá trình đã gây ra một sự biến đổi cho ngoại vi và quá trình bao gồm một dãy các trạng thái không cân bằng Những quá trình này gọi là quá trình không thuận nghịch Nếu chúng xảy ra càng chậm và càng ít ma sát thì chúng càng gần đúng với quá trình thuận nghịch và các qúa trình đó đều là những quá trình đã được lý tưởng hóa
Nhiệt động lực học nghiên cứu sự biến đổi năng lượng trong quá trình chuẩn cân bằng tức là những quá trình thuận nghịch Những quá trình này được gọi chung là quá trình nhiệt động lực học
Quá trình không thuận nghịch nếu như hệ thống và môi trường không duy trì được trạng thái ban đầu của nó sau khi quá trình diễn ra Tất cả các quá trình diễn ra trong thực tế đều là quá trình không thuận nghịch vì các trạng thái trung gian không thể thỏa mãn điều kiện cân bằng như đã nói.
PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
➢ Đối với khối khí có khối lượng 1kg, ta có: pν = RT
➢ Đối với khối khí có khối lượng là G kg, thể tích V (m 3 ) thì ta có:
Gpν = GRT Hay pV = GRT
➢ Đối với 1kmol (àkg) khớ lý tưởng, ta cú: pVà = Rà.T Trong đó:
- à: phõn tử lượng của mụi chất, àkg gọi là 1kilomol
- Rà: hằng số phổ biến của mụi chất, tất cả khớ lý tưởng đều cú Rà14 J/kmol.K)
- V: thể tích của môi chất ; m 3
- Và: thể tớch của 1 kilomol mụi chất, thay đổi theo trạng thỏi, ở điều kiện tiờu chuẩn (pv0mmHg và t=0 o C), tất cả khí lý tưởng đều có thể tích bằng 22,4m 3 , nghĩa là:
Chú ý: Các phương trình trên viết cho khí lý tưởng ở trạng thái cân bằng, với khí thực hoặc trạng thái không cân bằng sẽ có sai số, tùy theo yêu cầu về độ chính xác của bài
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Thông số trạng thái: nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng, khối lượng riêng, các quá trình nhiệt động, hằng số khí lý tưởng
- Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1
Câu 1 Em hãy trình bày đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật?
Câu 2 Có những hệ nhiệt động nào? Hãy trình bày từng hệ nhiệt động
Câu 3 Trình bày các tính chất của các thông số trạng thái?
Câu 4 Mô tả các quá trình nhiệt động?
Viết phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí? Giải thích các thông số
Câu 5 Tác nhân làm lạnh Freon sau khi đi qua van tiết lưu số 1 sẽ giãn nở, giảm nhiệt độ rồi đi đến thiết bị bốc hơi số 2 Ở đây, nó sẽ nhận nhiệt từ nguồn lạnh và hóa thành hơi, sau đó tiếp tục đi qua máy nén số 3, ở đây máy nén sẽ nhận công từ bên ngoài để nén chất môi giới đến 1 áp suất và nhiệt độ nào đó Ở thiết bị ngưng tụ số 4, chất môi giới sẽ nhả nhiệt cho nguồn nóng và ngưng tụ Sau đó tiếp tục đi vào van tiết lưu để thực hiện chu trình mới Hãy xác định: a Chất môi giới của hệ nhiệt động? b Nguồn nhiệt sử dụng trong hệ nhiệt động? c Loại hệ nhiệt động? d Loại máy nhiệt?
Câu 6 Máy nén 1 cung cấp không khí cho buồng đốt 2, nhiên liệu lỏng nhờ bơm dầu bơm qua vòi phun vào buồng đốt Quá trình cháy trong buồng đốt 2 là quá trình đẳng áp Sản phẩm cháy từ buồng đốt được giãn nở đoạn nhiệt qua ống tăng tốc rồi đi vào tuabin cánh động số 3 Ở đây động năng biến thành cơ năng và làm quay trục tuabin Hãy xác định: a Chất môi giới trong hệ thống? b Loại hệ nhiệt động? c Loại máy nhiệt? d Các nguồn nhiệt mà hệ thống hoạt động?
Câu 7 Hãy đổi 0 o C, 100 o C ra độ Kenvin, Farenheit và Rankine?
Câu 8 Áp suất dư trong lò hơi là 0,3at, chỉ số baromet là 725 mmHg Áp suất dư trong lò hơi sẽ thay đổi ra sao nếu baromet nâng lên 785 mmHg Khi tính toán coi áp suất tuyệt đối trong lò hơi không đổi và nhiệt độ ngoài trời là 0 o C
Câu 9 Xác định áp suất tuyệt đối của khí trong bình nếu manomet của nó bằng
500mmHg và áp suất khí trời bằng 750mmHg, nhiệt độ không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0 o C
Câu 10 Xác định áp suất tuyệt đối trong bình ngưng của tuabin hơi nếu chỉ số của chân không kế trong bình ngưng bằng 705mmHg và chỉ số baromet bằng 747mmHg, nhiệt độ không khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0 o C
Câu 11 7 Xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý và ở điều kiện áp suất dư 0,2 at, nhiệt độ 127 o C Biết áp suất khí quyển là 760mmHg Biết à(
Cõu 12 Xỏc định thể tớch của 2kg khớ O2 ở ỏp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47 o C Biết à2
Câu 13 Xác định khối lượng của 2m 3 khí O2 ở áp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47 o C
Câu 14 1kg không khí khô có thành phần khối lượng của N2 là 76,8%, của O2 là 23,2% Hãy xác định thành phần thể tích, hằng số chất khí, phân tử lượng trung bình của hỗn hợp?
Câu 15 Hỗn hợp khí gồm O2 và H2 có thành phần thể tích lần lượt là 30%, và 70% Xác định hằng số chất khí của hỗn hợp, thành phần khối lượng và phân áp suất của khí thành phần nếu biết áp suất của hỗn hợp là par
Câu 16 Một hỗn hợp có thành phần khối lượng của N2 là 60%, của CO2 là 40% Xác định hằng số chất khí, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn (pov0mmHg, to=0 o C)
Câu 17 Thành phần thể tích của sản phẩm cháy là CO2,3%, O2=7,2%, N2,5% Hãy xác định phân tử lượng, hằng số chất khí, thể tích riêng và khối lượng riêng của hỗn hợp ở áp suất 1bar và nhiệt độ bằng 800 o C?
Câu 18 Khối lượng riêng của khí trong bình sẽ giảm đi mấy lần nếu nhiệt độ của khí không đổi nhưng chỉ số của áp suất dư ở trạng thái đầu là 17at, còn trạng thái cuối là 2at Biết áp suất khí trời bằng 735,6mmHg
Câu 19 Trong xilanh kín ở giữa đặt 1 pittong có thể chuyển động không ma sát Bên phải xi lanh chứa 1kg khí H2 còn phía trái chứa 1kg khí cacbonic Hãy xác định tỷ số thể tích của 2 chất khí khi cân bằng
Câu 20 Khí khói trong buồng đốt lửa lò hơi được làm lạnh từ 1200 o C đến 250 o C Hỏi thể tích của khí khói sẽ giảm đi mấy lần nếu áp suất của nó ở đầu và cuối đường ra là như nhau
Câu 21 Trong xilanh có pittong chuyển động chứa khí lý tưởng với áp suất dư 0,198 bar Hỏi thể tích khí tăng lên mấy lần nếu ta dịch chuyển pittong sao cho độ chân không trong đó là 600mmHg Biết rằng áp suất khí trời đo bằng chiều cao cột thủy ngân quy về 0 o C là 780mmHg
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT VÀ CÔNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT LƯỢNG VÀ CÔNG
Một vật có nhiệt độ khác không thì các phân tử và nguyên tử của nó sẽ chuyển động hỗn loạn và vật mang một năng lượng gọi là nhiệt năng
Khi hai vật tiếp xúc nhau thì nội năng của vật nóng hơn sẽ truyền sang vật nguội hơn và quá trình đó gọi là quá trình truyền nhiệt Lượng nội năng truyền được trong quá trình đó được gọi là nhiệt lượng trao đổi giữa hai vật Như vậy, nhiệt lượng là dạng năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ
Kí hiệu: q nếu môi chất có khối lượng 1kg
Q nếu môi chất có khối lượng Gkg Khái niệm nhiệt lượng trong nhiệt kỹ thuật mang một nội dung hơi khác so với khái niệm nhiệt lượng nhiệt lượng trong phạm vi thông thường Nhiệt lượng trong nhiệt động lực học không hàm ý chỉ bất cứ thành phần năng lượng nào của hệ tại một trạng thái xác định Ta không thể nói, tại một trạng thái nào đó, nhiệt lượng của hệ là bao nhiêu Cần thấy rõ, nhiệt lượng chỉ có thể xuất hiện khi chất môi giới tiến hành một quá trình, nhiệt lượng là lượng năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa chất môi giới và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ
Quy ước về dấu của nhiệt lượng: phụ thuộc vào chiều chuyển động của nhiệt lượng mà ta có thể có dấu âm hay dương Nếu nhiệt lượng từ ngoài đi vào chất môi giới (đi vào hệ thống) thì nhiệt lượng có dấu dương, ngược lại thì sẽ có dấu âm Đơn vị đo nhiệt lượng :
1) Calorie (Cal) - 1 Cal là nhiệt năng cần thiệt để làm nhiệt độ của 1 gram nước tăng từ 14.5 0 C đến 15.5 0 C
2) British thermal unit (Btu) - 1 Btu là nhiệt năng cần thiết để làm nhiệt độ của 1 pound nước tăng từ 59.5 0 F lên 60.5 0 F
1kJ = 0,239 kcal = 277,78 10 -6 kWh = 0,948 BTU = 0,527 CHU
Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entropi
Từ định nghĩa ds dq
= T , nếu quá trình khảo sát có tính thuận nghịch, hữu hạn và đi từ 1 đến 2, nhiệt lượng q trao đổi trong quá trình đó ứng với 1kg chất môi giới được tính như sau:
Nếu T = const (quá trình đẳng nhiệt), thì: q = T(s2 – s1)
Từ biểu thức trên, ta thấy có thể biểu diễn nhiệt lượng q bằng một diện tích tương ứng trên đồ thị T – s Diện tích này được xác định bởi đường biểu diễn quá trình, trục hoành và hai đường song song với trục tung đi qua điểm 1 và 2
- Nhiệt độ sử dụng trong công thức phải là Kenvin (hay Rankine)
- Không dùng phương pháp này để xác định nhiệt lượng trao đổi trong các quá trình không thuận nghịch Ưu điểm của phương pháp này là có thể so sánh được các giá trị nhiệt lượng trao đổi ngay trên đồ thị Tuy nhiên nhược điểm của các phương pháp này là phạm vi sử dụng hạn chế và gặp nhiều khó khăn khi lấy tích phân
Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ
Khi có sự trao đổi nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường, trong khá nhiều trường hợp, nhiệt độ của chất môi giới có thể bị biến đổi Ở những trường hợp như vậy, việc xác định nhiệt lượng trao đổi trong một quá trình thuận nghịch vô cùng bé có thể được tính bằng công thức sau: dq = c.dt Trong đó: dq - nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường trong quá trình vô cùng bé đang khảo sát c - nhiệt dung riêng của chất môi giới dt - lượng nhiệt biến đổi trong quá trình vô cùng bé đó
Từ đó, ta có thể rút ra:
➢ Quá trình đẳng tích : Q = G.cv.∆T (kJ)
➢ Quá trình đẳng áp: Q = G.cp.∆T (kJ)
➢ Quá trình đẳng nhiệt: Q = G.T.∆s = T.∆S (kJ)
➢ Quá trình đoạn nhiệt: Q = 0 Đồ thị nhiệt
Nhiệt dung của một vật là lượng nhiệt cần cung cấp cho vật hoặc từ vật tỏa ra để nhiệt độ của nó thay đổi 1 độ: C = dQ/dt , (J/độ)
Nhiệt dung riêng (NDR) - còn gọi là Tỷ nhiệt - là lượng nhiệt cần cung cấp hoặc tỏa ra từ 1 đơn vị số lượng vật chất để nhiệt độ của nó thay đổi 1 độ
❖ Phân loại NDR theo đơn vị đo lượng vật chất :
1) Nhiệt dung riêng khối lượng : c = C/m , (kJ/kg.K)
2) Nhiệt dung riêng thể tích : c’ = C/V , (kJ/m 3 K)
3) Nhiệt dung riờng kmol : àc = C/N , (kJ/kmol.K) c = c’ ν = àc/à ; c’ = c/ν = àc/22,4
❖ Phân loại NDR theo quá trình nhiệt động :
Trị số k của khí thực phụ thuộc vào loại chất khí và nhiệt độ Đối với khí lý tưởng, k chỉ phụ thuộc vào loại chất khí
❖ Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng :
NDR của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào loại chất khí mà không phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất
Bảng 2.1 Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng
Khí 1 nguyên tử (He, Ar, …) 1,6 12,6 20,9
Khí 2 nguyên tử (không khí, CO, O2,
Khí nhiều nguyên tử (CO2, CH4, … 1,3 29,3 37,4
2.1.3 Các phương pháp tính công
Về mặt cơ học, công – còn gọi là cơ năng là dạng năng lượng hình thành trong quá trình biến đổi năng lượng trong đó có sự dịch chuyển của lực tác dụng Về trị số, công bằng tích của thành phần lực cùng phương chuyển động và quãng đường dịch chuyển Trong nhiệt kỹ thuật, công là đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất và môi trường khi có sự chuyển động vĩ mô Khi thực hiện một quá trình, nếu có sự thay đổi áp suất, thay đổi thể tích hoặc dịch chuyển trọng tâm khối môi chất thì một phần năng lượng nhiệt sẽ chuyển hóa thành cơ năng Lượng chuyển biến đó chính là công của quá trình
Kí hiệu: w đối với 1kg môi chất
W đối với Gkg môi chất Đơn vị:
Công là một dạng năng lượng nên đơn vị của công là đơn vị của năng lượng Đơn vị thông dụng là Joule (J) 1J là công của lực 1N tác dụng trên quãng đường 1m (N.m J)
Ta thường gặp các loại công sau:
− Công thay đổi thể tích
− Công lưu động (công thay đổi vị trí)
− Công kỹ thuật (công thay đổi áp suất)
Quy ước về dấu của công: phụ thuộc vào chiều chuyển động của công mà ta có dấu âm hay dương Nếu hệ thống sinh ra công thì công đó có dấu dương, còn nếu hệ thống nhận công thì công đó có dấu âm
Công thay đổi thể tích (công giãn nở hay công nén) Đây là trường hợp mà dưới tác động của áp suất chất môi giới, bề mặt ranh giới sẽ bị dịch chuyển Trong trường hợp này, nếu sự dịch chuyển của bề mặt ranh giới làm tăng thể tích của chất môi giới thì ta gọi công tương ứng là công giãn nở, ngược lại thì ta gọi là công nén Tuy nhiên, về mặt bản chất, hai loại công này đều như nhau vì đều làm thay đổi thể tích của khối chất môi giới đang khảo sát Do vậy, có thể gọi cả hai loại công đã nói bằng tên chung là công do sự thay đổi thể tích Wtt
Như vậy, công thay đổi thể tích – còn gọi là công cơ học – là công do môi chất công tác sinh ra khi giãn nở hoặc nhận được khi bị nén Công thay đổi thể tích gắn liền với sự dịch chuyển ranh giới của hệ nhiệt động Khi dãn nở, thể tích tăng còn áp suất có thể tăng, giảm hoặc không đổi
Với 1kg môi chất, khi tiến hành 1 quá trình ở áp suất p, thể tích thay đổi 1 lượng dν, thì môi chất thực hiện 1 công thay đổi thể tích là: dwtt = pdν Khi tiến hành quá trình thể tích thay đổi từ ν1 đến ν2 thì công thay đổi thể tích được tính là:
= Đối với Gkg môi chất, công thay đổi thể tích được xác định bằng biểu thức: dWtt = pdV
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I
2.2.1 Phát biểu định luật I Định luật nhiệt động thứ nhất chính là định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt động lực học Định luật nhiệt động I phát biểu: Giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác như cơ năng, điện năng có thể chuyển hóa lẫn nhau và khi 1 lượng nhiệt năng bị tiêu hao thì sẽ nhận được 1 lượng năng lượng tương ứng, còn tổng năng lượng của môi chất thì không thay đổi
Xét 1 kg môi chất, khi cấp vào 1 lượng nhiệt dq thì nhiệt độ thay đổi 1 lượng dT, và thể tích riêng thay đổi 1 lượng dν Khi nhiệt độ T thay đổi chứng tỏ nội động năng thay đổi, khi thể tích ν thay đổi chứng tỏ nội thế năng thay đổi và môi chất thực hiện 1 công thay đổi thể tích Như vậy, khi cấp vào 1 lượng nhiệt dq thì nôi năng thay đổi 1 lượng là du và trao đổi 1 công là dw
Theo đó, định luật nhiệt động thứ nhất có thể viết bằng biểu thức: dq = du + dw Ý nghĩa: Định luật nhiệt động I là cơ sở để tính toán và thiết lập sự cân bằng năng lượng trong các quá trình nhiệt động
2.2.2 Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I Định luật nhiệt động thứ nhất viết cho hệ kín
• Năng lượng toàn phần của HNĐ kín: E = E
C : hóa năng, EA : nguyên tử năng
• Định luật bảo toàn năng lượng áp dụng cho HNĐ kín khi thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 :
Hình 2.1 Quá trình thay đổi trạng thái của hệ nhiệt động
1 : năng lượng toàn phần ở trạng thái 1;
2 : năng lượng toàn phần ở trạng thái 2;
Q : lượng nhiệt cấp cho HNĐ;
W : công do HNĐ thực hiện; ΔU: lượng thay đổi nội năng ; ΔE p : lượng thay đổi thế năng ; ΔE k : lượng thay đổi động năng ; ΔE c : lượng thay đổi hóa năng ; ΔE
A : lượng thay đổi nguyên tử năng
Trong nhiệt động học, nếu không có các phản ứng hóa học và phản ứng hạt nhân thì : ΔEc = 0 , ΔEA = 0 Đối với HNĐ kín, sự biến đổi thế năng và động năng thường rất nhỏ so với các dạng năng lượng khác, nên có thể xem ΔEp = Ep2 - Ep1 = 0 và ΔẸk = Ek2 - Ek1 = 0 Khi đó : Q = ΔU + W Đối với 1 kg chất môi giới ta có: q = Δu + w Ở đây w là công do sự thay đổi thể tích, tức là công giãn nở w= pdv, do đó: dq = du + p.dv (*) Mặc khác: i = u + pv nên di= du + pdv + vdp, từ đó ta có: dq = di - vdp (**) Đối với khí lý tưởng ta luôn có: du = CνdT di = CpdT Thay vào (*), (**) ta có: dq = CνdT + pdν dq = CpdT – νdp Định luật nhiệt động thứ nhất viết cho hệ hở
Trong hệ thống hở, bề mặt ngăn cách không gian đang nghiên cứu với các phần còn lại cũng được gọi là bề mặt ranh giới Trong trường hợp này, năng lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường về cơ bản cũng được thể hiện ở dạng công và nhiệt lượng Tuy nhiên, không giống như ở hệ thống kín, khi khảo sát hệ thống hở ta phải lưu ý thêm đến lượng năng lượng đi vào và đi ra khỏi hệ thống do có sự trao đổi chất giữa hệ thống với môi trường Nguyên tắc bảo toàn năng lượng và bảo toàn khối lượng sẽ được áp dụng khi thiết lập các phương trình có liên quan đến hệ thống hở
➢ Nguyên tắc bảo toàn khối lượng
Hình 2.2 Trạng thái tiến hành quá trình nhiệt động
Nguyên tắc: Tổng khối lượng chất môi giới đi vào hệ thống bằng lượng biến đổi khối lượng của hệ thống cộng với tổng khối lượng chất môi giới đi ra khỏi hệ thống m1 + mvào – mra = m2 hoặc tính theo lưu lượng:
Gvào – Gra = dG/dt trong đó: Gvào – lưu lượng khối lượng của chất môi giới đi vào HNĐ, kg/s
Gra - lưu lượng khối lượng của chất môi giới đi ra khỏi HNĐ, kg/s dG/dt – lượng biến đổi khối lượng của chất môi giới trong HNĐ, kg/s
Khi hệ thống hở hoạt động ở chế độ ổn định, dG/dt = 0, nên ta có:
Gvào = Gra Nếu hệ thống có nhiều đầu vào và đầu ra, ta có: ào v ra i o
➢ Cân bằng năng lượng trong hệ thống hở Đối với hệ thống hở, khi cung cấp cho nó một nhiệt lượng dq thì nội năng của chất môi giới thay đổi một đại lượng du và chất môi giới sinh công lưu động dwlđ và công kỹ thuật dwkt: dq = du + dwlđ + dwkt
Ta có: dwlđ = d(pv) và dwkt = -vdp = dω 2 /2 (ω là vận tốc chuyển động của phần tử chất môi giới), do đó: dq = du + d(pv) – vdp = di –vdp
2.2.3 Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng
Quá trình nhiệt động - quá trình biến đổi trạng thái của HNĐ, trong quá trình nhiệt động phải có ít nhất một thông số trạng thái thay đổi Điều kiện để có sự thay đổi trạng thái nhiệt động là có sự trao đổi nhiệt hoặc công với môi trường xung quanh
✓ Quá trình nhiệt động cơ bản - quá trình nhiệt động, trong đó có ít nhất một thông số trạng thái hoặc thông số nhiệt động của MCCT không thay đổi
✓ Quá trình cân bằng - quá trình trong đó MCCT biến đổi qua các thông số trạng thái cân bằng Quá trình cân bằng được biểu diễn bằng một đường cong trên các hệ trục tọa độ trạng thái, trong đó các trục thể hiện các thông số trạng thái độc lập
✓ Quá trình thuận nghịch - là quá trình cân bằng và có thể biến đổi ngược lại để trở điều kiện trên không đạt được thì đó là quá trình không thuận nghịch Mọi quá trình thực trong tự nhiên đều là những quá trình không thuận nghịch Trong kỹ thuật, nếu muốn một quá trình được thực hiện càng gần với quá trình thuận nghịch thì càng có lợi về công và nhiệt
✓ Biểu diễn quá trình nhiệt động - quá trình nhiệt động thường được biểu diễn trên các hệ trục tọa độ trạng thái Tùy thuộc mục đích nghiên cứu, các trục của hệ trục tọa độ trạng thái là các thông số trạng thái khác nhau Đường biểu diễn quá trình nhiệt động trên hệ trục p - V được gọi là đồ thị công, đường biểu diễn trên hệ trục T - s được gọi là đồ thị nhiệt
Hình 2.3 Biểu diễn quá trình nhiệt động trên đồ thị công a) và đồ thị nhiệt b)
2.2.4 Các quá trình có một thông số bất biến
Những điều kiện hạn chế của quá trình nhiệt động:
✓ Môi chất phải là khí lý tưởng
✓ Quá trình phải là quá trình thuận nghịch, các trạng thái trong quá trình phải là cân bằng
✓ Trong cả quá trình, nhiệt dung riêng không đổi, hoặc tỷ số α = Δu/q không đổi, hoặc 1 thông số trạng thái nào đó như thể tích, áp suất, nhiệt độ… không đổi
Quá trình đẳng tích là quá trình diễn ra trong điều kiện thể tích của MCCT không đổi:
Từ điều kiện ν = const, ta có phương trình trạng thái:
= =Trong quá trình đẳng tích, áp suất và nhiệt độ tỷ lệ với nhau:
− Biến đổi nội năng của quá trình: Δu = cv.(T2 - T1)
− Nhiệt lượng của quá trình: q = cv.(T2 - T1) = Δu
− Hệ số biến hóa nhiệt lượng: u 1
= q = Như vậy, trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng cung cấp cho môi chất đều biến thành nội năng mà không sinh ra công
− Lượng thay đổi enthalpy: Δi = cp(T2 - T1)
− Lượng thay đổi entropy: v dT ds dq c
Hình 2.4 Đồ thị công và đồ thị nhiệt của quá trình đẳng tích
Quá trình đẳng áp là quá trình diễn ra trong điều kiện áp suất của MCCT không đổi
− Phương trình trạng thái: pν = RT
Từ điều kiện p = const, ta có phương trình trạng thái:
= = Trong quá trình đẳng áp, thể tích và nhiệt độ môi chất tỷ lệ với nhau:
− Lượng thay đổi nội năng: Δu = cν.(T2 - T1)
− Nhiệt lượng của quá trình : q1-2 = Δu + w = c ν (T
− Hệ số biến hóa nhiệt lượng:
Như vậy, trong quá trình đẳng áp, nhiệt lượng 1 phần biến thành nội năng và 1 phần biến thành công
− Lượng thay đổi entropy: p dT ds dq c
Hình 2.5 Đồ thị công và đồ thị nhiệt của quá trình đẳng áp
Chú ý: Từ quan hệ và ta suy ra vì c p > c v Như vậy đường cong đẳng tích sẽ dốc hơn đường cong đẳng áp trên đồ thị T
Quá trình đẳng nhiệt là quá trình diễn ra trong điều kiện nhiệt độ của MCCT không đổi:
Từ điều kiện T = const, ta có phương trình trạng thái: pν = const
Trong quá trình đẳng nhiệt, thể tích và áp suất của môi chất tỷ lệ nghịch với nhau:
− Lượng thay đổi nội năng : Δu = 0 vì T = const
- Nhiệt lượng của quá trình : q1-2 = Δu + w= w = 2 1
− Lượng thay đổi entropy : ds dq dw pdv Rdv
= − Hệ số biến hóa năng lượng: u 0
= q = Trong quá trình đẳng nhiệt, tất cả nhiệt lượng đều biến thành công
− Biểu diễn quá trình đẳng nhiệt trên đồ thị công và đồ thị nhiệt:
Hình 2.6 Đồ thị công và đồ thị nhiệt của quá trình đẳng nhiệt
Quá trình đoạn nhiệt là quá trình trong đó hệ không trao đổi nhiệt với môi trường ngoài, tức là cô lập nhiệt Có thể tạo ra sự cô lập nhiệt khi đặt khối khí trong bình cách nhiệt Cũng có thể tạo ra cô lập nhiệt bằng cách dãn nén nhanh để hệ không kịp trao đổi nhiệt với môi trường ngoài, nhưng lại phải đủ chậm để tại mỗi thời điểm trạng thái kịp thiết lập sự cân bằng
Như vậy, quá trình đoạn nhiệt - còn gọi là quá trình đẳng entropy - là quá trình diễn ra trong điều kiện không có trao đổi nhiệt giữa HNĐ và MTXQ : q = 0
− Phương trình trạng thái : p.v k = const, (với p v k c
= c =const là số mũ đoạn nhiệt)
Ví dụ: phương trình trạng thái của khí nitơ: pν 1,4 = const
− Phương trình trạng thái của quá trình đoạn nhiệt 1 – 2: p1ν1 k = p2ν2 k
Quan hệ giữa nhiệt độ với áp suất và thể tích ở đầu quá trình 1 và cuối quá trình 2, ta có thể viết phương trình trạng thái: p1ν1 = RT1 và p2ν2 = RT2
− Lượng thay đổi nội năng : Δu = c v (T
− Nhiệt lượng của quá trình : q
− Hệ số biến hóa nhiệt lượng: u
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II VÀ CÁC LOẠI CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
3.1.1 Định luật nhiệt động thứ II
Muốn chuyển hóa 1 cách liên tục giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác, người ta thường phải thực hiện những chu trình Chu trình là tập hợp của một số quá trình có tính chất khép kín Trong các chu trình, trạng thái của chất môi giới sẽ biến đổi từ một trạng thái ban đầu nào đó, qua các trạng thái trung gian, rồi quay trở lại trạng thái ban đầu đã nói
Trong nhiệt kỹ thuật chủ yếu chỉ nghiên cứu các chu trình thuận nghịch, nghĩa là nó chỉ tiến hành qua các trạng thái cân bằng và có thể tiến hành ngược lại qua các trạng thái đã đi qua, mà môi chất và môi trường không có gì thay đổi Ta nghiên cứu 2 loại chu trình: Chu trình thuận chiều và chu trình ngược chiều lượng, định luật đó chỉ ra rằng – trong các quá trình nhiệt động, 2 dạng năng lượng cơ bản là nhiệt và công có thể biến đổi qua lại lẫn nhau Tuy nhiên có thể thấy rõ rằng, nội dung của định luật này hoàn toàn không hề đề cập đến chiều hướng của những quá trình đang khảo sát, không chỉ ra điều kiện cần và đủ để những quá trình có thể xảy ra, đồng thời không nêu lên được mức độ giới hạn của sự biến hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác và ngược lại
Thực tế cho thấy, bất kỳ quá trình nào cũng đều có chiều diễn biến tự nhiên của nó, nếu muốn quá trình diễn ra ngược với chiều tự nhiên thì nhất định phải tiêu tốn năng lượng và phải thỏa mãn 1 số điều kiện cụ thể nào đó Ví dụ, dòng nhiệt chỉ có thể chuyển động từ nơi có nhiệt độ cao hơn đến nơi có nhiệt độ thấp hơn Trong hoàn cảnh tự phát, dòng nhiệt không thể chuyển động theo chiều ngược lại Tóm lại, có thể biến toàn bộ công thành nhiệt lượng nhưng không thể biến toàn bộ nhiệt lượng thành ra công
Vì những điều đã nêu trên, có khá nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu và rút ra được 1 số tính quy luật mà người ta gọi là định luật nhiệt động thứ 2 Cùng với định luật thứ nhất, đây là cơ sở để xây dựng và phát triển toàn bộ lý luận về nhiệt động học Định luật nhiệt động thứ 2 bổ sung và phát triển toàn bộ những vấn đề mà định luật nhiệt động thứ nhất chưa đề cập tới Định luật nhiệt động thứ nhất chỉ mới xác định mối quan hệ tương đương giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác Định luật nhiệt động thứ 2 xác định thêm điều kiện, chiều hướng và mức độ chuyển hóa năng lượng trong các quá trình Định luật nhiệt động thứ 2 sẽ đánh giá các chu trình nhiệt động
Là chu trình thực hiện chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng Trong chu trình thuận chiều thì chất môi giới sẽ nhận nhiệt từ nguồn nóng, giãn nở sinh công và nhả 1 phần nhiệt lượng còn lại cho nguồn lạnh Trên các đồ thị p – ν và T – s, chu trình thuận chiều được biểu diễn bằng những đường cong khép kín theo chiều quay của kim đồng hồ Tất cả các loại động cơ nhiệt đều hoạt động theo chu trình thuận chiều
Hình 3.1 Biểu diễn chu trình thuận chiều trên đồ thị công và nhiệt Để đánh giá hiệu quả của chu trình thuận chiều, người ta đưa ra khái niệm hiệu suất nhiệt, ta có:
= − Q = Trong đó: t - hiệu suất nhiệt của chu trình thuận chiều
Q1 – nhiệt lượng mà chất môi giới nhận được từ nguồn nóng
Q2 – nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho nguồn lạnh
Trong chu trình ngược chiều thì chất môi giới nhận công từ bên ngoài để vận chuyển nhiệt lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn nóng Trên đồ thị p – ν và T – s, chu trình ngược chiều được biểu diễn bằng những đường cong khép kín theo chiều quay ngược chiều kim đồng hồ Tất cả các loại máy lạnh và bơm nhiệt đều hoạt động theo chu trình ngược chiều
Hình 3.2 Biểu diễn chu trình ngược chiều trên đồ thị công và nhiệt Để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình ngược chiều, người ta dùng các khái niệm hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng Hệ số làm lạnh ε được dùng cho máy lạnh còn hệ số làm nóng φ được dùng cho bơm nhiệt Ta có:
Trong đó: ε – hệ số làm lạnh để đánh giá máy lạnh φ – hệ số làm nóng để đánh giá bơm nhiệt
Q1 - nhiệt lượng mà chất môi giới nhả ra cho nguồn nóng
CHU TRÌNH CARNO THUẬN NGHỊCH
Chu trình carnot là chu trình có 4 quá trình, trong đó có 2 quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch và 2 quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch xếp xen kẽ nhau Về phương diện chuyển hóa năng lượng nhiệt với các dạng năng lượng khác, đây là chi trình lý tưởng, có hiệu quả cao nhất nhưng xét tổng thể, vì có những nhược điểm khác làm cho hiệu quả kinh tế giảm sút, nên trong thực tế không được áp dụng trực tiếp mà chỉ làm mục tiêu để hoàn thiện các chu trình
3.2.1 Chu trình Carno thuận nghịch thuận chiều
Là chu trình của động cơ nhiệt làm việc với 2 nguồn nhiệt có nhiệt dung vô cùng lớn với nhiệt độ T1, T2 không đổi trong suốt quá trình trao đổi nhiệt
Hình 3.3 Biểu diễn chu trình Carnot thuận chiều trên đồ thị công và nhiệt
1 Quá trình dãn nở đẳng nhiệt 1 – 2: môi chất nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng
2 Quá trình dãn nở đoạn nhiệt 2 – 3: nhiệt độ giảm từ T1 xuống T2 p2ν2 k = p3ν3 k
3 Quá trình nén đẳng nhiệt 3 – 4: môi chất nhả nhiệt cho nguồn lạnh
4 Quá trình nén đoạn nhiệt 4 – 1: nhiệt độ tăng từ T2 lên T1: p1ν1 k = p4ν4 k
Hiệu suất của chu trình Carnot:
Với quá trình giãn nở đoạn nhiệt 2 – 3:
(1) Với quá trình nén đoạn nhiệt 4 – 1:
So sánh (1) và (2), ta có:
= Như vậy, hiệu suất của chu trình Carnot thuận chiều:
Từ công thức trên ta có thể rút ra kết luận:
- Hiệu suất của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nóng và nhiệt độ của nguồn lạnh, mà không phụ thuộc vào bản chất của môi chất
- Muốn nâng cao hiệu suất của chu trình Carnot phải giảm tỷ số T2/T1
3.2.2 Chu trình Carno thuận nghịch ngược chiều
Là chu trình cấu tạo như chu trình thuận chiều gồm 4 quá trình nhiệt động, nhưng tiến hành ngược chiều kim đồng hồ.Ta có:
Hệ số làm lạnh của chu trình:
Từ hệ số làm lạnh và làm nóng của chu trình Carnot, ta nhận xét:
- Hệ số chuyển hóa năng lượng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt, mà
- Muốn nâng cao hệ số chuyển hóa năng lượng chỉ cấn giảm T1/T2
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Định luật nhiệt động 2: Nội dung định luật và các đạng biểu thức của định luật
- Các chu trình nhiệt động: chu trình thuận chiều, chu trình ngược chiều
- Chu trình các nô thuận nghịch: chu trình các nô thuận nghịch thuận chiều, chu trình các nô thuận nghịch ngược chiều
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 3
Câu 1 Trình bày nội dung định luật nhiệt động 2?
Câu 2 Trình bày các loại chu trình nhiệt động?
Câu 3 Trình bày chu trình các nô thuận nghịch thuận chiều?
Câu 4 Trình bày chu trình các no thuận nghịch ngược chiều?
Câu 5 Động cơ đốt trong nhận nhiệt 1300 kJ từ nguồn nóng, thải nhiệt 640 kJ cho nguồn lạnh, xác định hiệu suất nhiệt của chu trình
Câu 6 Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình Carno thuận chiều khi biết nhiệt độ của nguồn nóng t17oC, nhiệt độ của nguồn lạnh t2'oC
Câu 7 Xác định hệ số làm lạnh của chu trình Carno ngược chiều khi biết nhiệt độ nguồn nóng t17oC, nhiệt độ nguồn lạnh t2=-3 o C
Câu 8 Một động cơ đốt trong thực hiện 95 chu trình trong mỗi giây Công suất của động cơ là 120 hP Hiệu suất của động cơ là 40% Hãy tính công sinh ra trong mỗi chu trình (1hP = 736 W)
Câu 9 Máy lạnh tỏa nhiệt 1250kJ cho nguồn nóng, tiêu tốn 250kJ, xác định hệ số làm lạnh?
Câu 10 Một động cơ nhiệt nhận của nguồn nóng 52kcal và trả cho nguồn lạnh 36kcal trong mỗi chu trình Tính hiệu suất của động cơ
Câu 11 Bơm nhiệt không khí làm việc theo chu trình Carno, biết nhiệt độ không khí vào máy nén là 10oC, nhiệt độ không khí sau khi nén là 80oC Xác định hệ số làm nóng φ?
Câu 12 Động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carno, biết nhiệt độ trong buồng đốt của động cơ là 330 o C và nhiệt độ môi trường là 30 o C Tính hiệu suất nhiệt của động cơ
Câu 13 Trong phòng có máy lạnh để duy trì nhiệt độ của không gian phòng ở mức -5 oC Cho biết nhiệt độ của không khí ở xung quanh máy lạnh này là 22 o C Xác định hệ số làm lạnh tối đa của máy lạnh này
Câu 14 Máy lạnh có hệ số làm lạnh ε = 6 Nếu nhiệt độ của không khí xung quanh dàn nóng là 35 o C thì nhiệt độ phòng sẽ làm lạnh ở mức cao nhất là bao nhiêu độ?
Câu 15 Một động cơ nhiệt lý tưởng làm việc theo chu trình Carno, nhả cho nguồn lạnh
80% nhiệt lượng mà nó nhận được từ nguồn nóng Tính công mà động cơ sinh ra trong một chu trình, biết nhiệt lượng môi chất nhận được trong một chu trình là 6,24 kJ
Câu 16 Một động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carno, có công suất P = 500W Nhiệt độ của nguồn nóng là 227 o C, nhiệt độ của nguồn lạnh là 27 o C Tính nhiệt lượng mà tác nhân nhận được trong 5s