DINH LUA T I NHIET DONG HOC

Định luật thứ nhất nhiệt động học có nhiều cách phát biểu, một trong những cách phát biểu đó là định luật bảo toàn năng lượng... Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lư

trình nghiên cứu của Lomonoxop (1974);

G.I.Hexe (1836); Majo (1842); Hembon (1849); Jun (1877) và nhiều nhà khoa học khác.

Định luật thứ nhất nhiệt động học có nhiều cách phát biểu, một trong những cách phát biểu đó là

định luật bảo toàn năng lượng.

Năng lượng không tự nhiên sinh ra cũng không tự nhiên mất đi mà nó chỉ chuyển từ dạng này sang

dạng khác.

Trong một hệ nhiệt động cô lập, biểu thức toán

học của định luật có dạng như sau :

∆U = ∆Q - ∆A

∆U :Sự biến thiên nội năng của hệ

∆Q :Nhiệt lượng do hệ nhận được

∆A : Công của hệ sản ra.

Nội dung định luật :

học, vật lý hạt nhân, .) Chưa từng thấy ngoại lệ của định luật này, tuy rằng đôi khi người ta cũng nghi ngờ

nó, nhất là trong các phân rã phóng xạ Tiên đề Noether cho rằng sự bảo toàn năng lượng có liên quan chặt chẽ tới độ đồng dạng về cấu trúc của không-thời gian

Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó một phần năng lượng của nhiên liệu bị đốt cháy chuyển hóa thành cơ

năng Các động cơ nhiệt đầu tiên là máy hơi nước, chúng

có đặc điểm chung là nhiên liệu (củi, than, dầu ) được

đốt cháy ở bên ngoài xi lanh của động cơ Hằng trăm

năm sau khi máy hơi nước ra đời mới xuất hiện động cơ

đốt trong, là động cơ nhiệt mà nhiên liệu được đốt cháy

ngay ở bên trong xi lanh

Động cơ nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay, bao

gồm từ những động cơ chạy bằng xăng hoặc dầu ma

dút của xe máy, ô tô, máy bay, tàu hỏa, tàu thủy đến

các động cơ chạy bằng các nhiên liệu đặc biệt của tên

lửa, con tàu vũ trụ, động cơ chạy bằng năng lượng

nguyên tử của tàu ngầm, tàu phá băng

loại động cơ nhiệt đốt ngoài sử dụng nhiệt năng của hơi nước, chuyển năng lượng này thành công năng

Cỗ máy hơi nước đầu tiên của nhân loại do

Thomas Newcomen phát minh đã giúp nước

Anh đáp ứng nhu cầu năng lượng trong nửa đầu

thế kỷ 18, tạo điều kiện cho sự bùng nổ của cuộc

cách mạng công nghiệp lần thứ nhất

MÔ HÌNH CỦA MÁY HƠI NƯỚC

HƠI NƯỚC ĐẦU TIÊN

Một động cơ hơi nước cần một nồi hơi súp de để

đun nước sôi tạo hơi Việc giãn nở của hơi tạo một

lực đẩy lên piston hay các cánh tuốc bin và chuyển

động thẳng được chuyển thành chuyển động quay

để quay bánh xe hay truyền động cho các bộ phận

cơ khí khác Một trong những lợi thế của động cơ

hơi nước là nó có thể sử dụng bất cứ nguồn nhiệt

nào để đun nồi hơi nhưng các loại nguồn nhiệt

thông dụng nhất là đun củi, than đá hay dầu hay sử

dụng hơi nhiệt năng thu được từ lò phản ứng hạt

nhân

Động cơ ở xe máy

ĐỘNG CƠ ÔTÔ

ÔTÔ VÀ TÀU NGÂM CHẠY BẰNG NĂNG LƯỢNG

đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ

Máy điện dùng để chuyển đổi ngược lại (từ

cơ sang điện) được gọi là máy phát điện hay

dynamo Các động cơ điện thường gặp dùng

trong gia đình như quạt điện, tủ lạnh, máy

giặt, máy bơm nước, máy hút bụi

MÁY PHÁT ĐIỆN (DYNAMO)

Dynamo là máy phát điện đầu tiên có khả năng cung

cấp điện năng cho công nghiệp Dynamo được sử

dụng để biến đổi năng lượng quay cơ học thành dòng

điện xoay chiều Cấu tạo của dynamo bao gồm một

kết cấu tĩnh mà nó tạo ra từ trường mạnh và một cuộn

dây quay Ở các máy phát dynamo nhỏ, từ trường

được tạo ra bằng các nam châm vĩnh cữu, đối với các

máy lớn, từ trường được tạo ra bằng các nam châm

điện

Máy phát điện (dynamo)

điện xoay chiều vào đầu thập

kỉ 20, chế tạo tại

Budapest Hungary, trong

buồng phát của một trạm thủy điện

ĐỘNG CƠ MÁY QUẠT

ĐỘNG CƠ MÁY GIẶT

Cơ thể sống (tế bào, mô, cơ quan…) không thể làm

việc như một máy nhiệt Công không thể thực hiện

do nguồn nhiệt từ bên ngoài đưa vào mà phải do sự

thay đổi nội năng hoặc entropy của hệ

Hầu hết công do cơ thể tạo ra là kết quả của sự co cơ Khi

co cơ chiều dài bị rút ngắn và tạo nên một lực Là lực phát sinh do cơ co

Cơ sử dụng năng lượng không phải chỉ dùng để tạo ra

công cơ học Một phần lớn năng lượng đó được dùng để

duy trì sự căng của cơ và một phần tạo ra nhiệt năng

Sự khác biệt của máy cơ học và bắp cơ của sinh vật là ở

chổ trong bắp cơ một phần hóa năng được chuyển thẳng

sang cơ năng và phần còn lại chuyển sang nhiệt năng;

trong lúc đó ở các máy cơ học trước hết là các năng lượng phải được cuyển thành nhiệt năng rồi từ đó chuyển sang

thấy lượng ATP trong cơ thể đủ cho bắp cơ hoạt động

trong 1 giây Vì vậy để cơ hoạt động được liên tục phải

có quá trình tổng hợp ATP tại cơ Việc tổng hợp này

được thực hiên nhanh chống nhờ trong cơ có hợp chất

giàu năng lượng khác là photphocreatin

Photphocreatin + ADP → ATP + creatin

Quá trình tổng hợp này chỉ đủ cho cơ hoạt động trong

mấy giây Khi các nguồn dự trữ này cạn, ATP được

tổng hợp theo cơ chế khác nhờ sự phân hủy glycogen

Glycogen là một dạng tích trữ của glycozo có nhiều

trong cơ Năng lượng được giải phóng khi phân hủy

glycogen được dùng để tổng hợp ATP

Glycoza + H3PO4 + 2ADP → 2lactat + 2ATP + 2H2O

Đây là quá trình cung cấp năng lượng yếm khí cho cơ

GLUCOGEN Năng lượng

Công

Duy trì sức

năng

Cơ năng

để tạo được áp suất đẩy máu vào mạch Do các van ở

tim và ở mạch mà máu trong hệ tuần hoàn chuyển

động theo một chiều xác định

Công suất cơ học của tim vào khoảng 1,3 – 1,4V công

suất tổng hợp của cơ tim vào khoảng 13V hay bằng

13% chuyển hóa toàn bộ cơ thể

Công cơ học của tim tạo ra áp suất đẩy máu, phần còn

lại tạo ra độ căng của cơ tức là trương lực cơ

Hoạt động của cơ tim đòi hỏi năng lượng Năng

lượng được lấy từ ATP Đặc điểm của cơ tim khác

với cơ khác là cơ tim sử dụng năng lượng từ oxi hóa

photpholipit chứ không phải phân ly đường đơn

glycoza Ta biết rằng õi hóa 1 phân tử lipit cung cấp

nhiều năng lượng hơn là õi hóa 1 phân tử glucoza

Trong trường hợp ATP trong tim bị suy giảm nhiều

quá trình phân ly glucozatăng lên, do vậy xuất hiện

nhiều sản phẩm có hại như axit lactic

LƯỢNG cơ học

(Tim)

Áp suất đẩy

máu

Trương lực cơ

Áp suất tăng Trương lực cơ Suy tim

ATP giảm Phân ly

Glucoza tăng Thải ra

Alactic

Hoạt động của tim giảm

Mạch co Tim co bóp có

nhịp máu chảy liên tục và điều hòa

nl (Lúc tim co bóp)

1 Hiệu ứng nhiệt cho phản ứng hóa học:

Khái niệm: hiệu ứng nhiệt cho phản ứng hóa học là

lượng nhiệt sinh ra trong phản ứng: dQ = Q

Xét phản ứng xảy ra trong điều kiện đẳng tích thì A =0

nên dQv = -Q = -dU

Vây Hiệu ứng nhiệt trong quá trình đẳng tích bằng độ

giảm nội năng của hệ

Xét phản ứng xảy ra trong điều kiện đẳng áp:

dQp = -Q = -dU – PdV = -d(PV + U) = -dH

đại lượng H = U + PV gọi là entanpi của hệ

Vậy hiệu ứng nhiệt trong điều kiện đẳng áp bằng độ

Hiệu ứng nhiệt của các chuyển hóa hóa học xảy ra qua

các quá trình trung gian chỉ phụ thuộc vào dạng và trạng thái của các chất ban đầu và chất cuối mà không phụ

thuộc vào các quá trình trung gian

Định luật Hertz cho phép xác định hiệu ứng nhiệt của

các phản ứng mà vì lý do nào đó không thể xảy ra trong điều kiện thí nghiệm hoặc không thể đo trực tiếp được

hiệu ứng nhiệt của nó

Định luật cũng giúp khẳng định một phản ứng có thể xảy

Ví dụ:

Ta không thể xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt

cháy cacbon ở thể rắn thành axitcacbon ở thể khí vì trong quá trình đốt cháy luôn có kèm theo một lượng khí CO2

thoát ra

Tuy nhiên có thể xác định được hiệu ứng nhiệt của 2 phản ứng:

Crắn + 2CO2 + 97 kcal/mol

COrắn + 2CO2 + 68 kcal/mol

Crắn + 2COkhí + 29 kcal/mol.

Khi đót cháy trực tiếp 1 mol glucoza thành CO2

và H2O thì tỏa ra 688 kcal

Trong tế bào cũng có quá trình oxi hóa glucoza

và sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O nên theo

định luật cũng tỏa ra nhiệt lượng 688 kcal

Nhưng tế bào không thể cháy vụn ra bởi lẽ nhiệt

lượng đó tỏa ra dần dần qua gần 20 phản ứng

enzym trung gian để tạo ra CO2 và H2O