bai giang nhiet hoc chuong 2 nguyen ly 1 nhiet dong hoc

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN Trạng thái cân bằng: trạng thái mà trong đó các thông số của hệ đều có giá trị xác định khi các điều kiện bên ngoài không đổi..  Năng lượng chuyển động

NỘI DUNG

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

 Trạng thái cân bằng: trạng thái mà trong đó các thông số của hệ đều có giá trị xác định khi các điều kiện bên ngoài không đổi

 Quá trình thuận nghịch-quá trình bất thuận nghịch

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

 Năng lượng chuyển động nhiệt: Năng lượng chuyển động nhiệt của một

khối khí là phần năng lượng do chuyển động hỗn loạn của các phân tử trong khối khí đó tạo nên Nói cách khác, năng lượng chuyển động nhiệt chính là tổng động năng của các phân tử khí

 Động năng trung bình của các phân tử khí

 Năng lượng chuyển động nhiệt của một khối khí bất kì

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

gọi i là số bậc tự do của phân tử khí, phân tử khí có 1, 2, 3 nguyên tử thì i = 3, 5, 6

Ví dụ: Tính năng lượng chuyển động nhiệt của 0,5 mol khí nitơ (coi là khí lí tưởng) ở nhiệt độ phòng thí nghiệm 50 0 C

Giải

Phân tử khí nitơ (N2) có 2 nguyên tử, nên số bậc tự do của phân tử khí là i = 5.

Vậy, năng lựng chuyển động nhiệt của khí là:

E nRT 0, 5.8, 31.(273 50) 3355J

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

 Nội năng của khí: Nội năng U của một khối khí là phần năng lượng ứng với sự vận động ở bên trong khối khí đó, bao gồm năng lượng chuyển động nhiệt E, thế năng tương tác giữa các phân tử khí Et và phần năng lượng bên trong mỗi phân

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

khi nhiệt độ tăng từ 270C đến 500C

Giải

Độ biên thiên nội năng của khí:

Với n = 0,25kmol; R = 8,31.103 J/(kmol.K);

T = (50 – 27) = 23K; phân tử khí Argon có một nguyên tử nên số bậc tự do i = 3 Vậy:

CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN

 Nhiệt lượng và công: Khi một hệ nhiệt động trao đổi năng lượng với bên ngoài thì phần năng lượng trao đổi đó được thể hiện dưới dạng công và nhiệt lượng

 Công của khí trên toàn bộ quá trình biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) là:

 Qui ước về dấu: công A, nhiệt Q có giá trị dương khi hệ nhận từ bên ngoài và có giá trị

âm khi hệ cung cấp ra bên ngoài.

 Trong hệ SI, đơn vị nhiệt lượng là jun (J) Trước đây, người ta dùng đơn vị nhiệt lượng là calori (cal) Ta có: 1 cal = 4,18 J hay 1J = 0,24 cal.





) 2 (

) 1 (

pdV

A =

NGUYÊN LÝ I VÀ HỆ QUẢ

 Nguyên lý I: Độ biến thiên nội năng của hệ nhiệt động trong một quá trình biến đổi bất kì luôn bằng tổng công và nhiệt mà hệ đã trao đổi với môi trường ngoài trong quá trình biến đổi đó.

dU = A + Q hay U = A + Q

A , Q và dU là các vi phân của công, nhiệt và nội năng

NGUYÊN LÝ I VÀ HỆ QUẢ

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

 Nhiệt dung-nhiệt dung riêng-nhiệt dung mol

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

 Khảo sát quá trình biến đổi đẳng tích (V=const)

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

Ví dụ 6.4: Có 10 gam khí hêli (coi là khí lý tưởng) đựng trong một bình kín Người

ta hơ nóng bình để nhiệt độ của khối khí tăng thêm 200C Tính nhiệt lượng mà khí nhận vào

Giải

Vì khí đựng trong bình kín nên quá trình biến đổi trạng thái của khí là đẳng tích Do

đó, nhiệt lượng mà khí nhận vào được tính bởi công thức QV = i

 Khảo sát quá trình biến đổi đẳng áp (p=const)

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

Hệ thức Mayer diễn tả quan hệ giữa nhiệt dung mol đẳng áp và nhiệt dung mol đẳng tích của khí lý tưởng

Theo đó ta có Cp > CV

Vậy, nhiệt lượng cung cấp cho cùng một khối khí để nhiệt độ của nó tăng lên một độ trong quá trình đẳng áp bao giờ cũng lớn hơn trong quá trình đẳng tích.

Ví dụ 6.5: Có 14 gam khí nitơ (coi là khí lý tưởng) ở nhiệt độ 270C, áp suất 2,5atm Sau khi hơ nóng đẳng áp, thể tích khí tăng đến 20 lít Tính công mà khí sinh ra, nhiệt lượng mà khối khí nhận được và độ biến thiên nội năng của khí

là T1 = 27 +273 = 300K; áp suất ban đầu p1 = 2,5atm; và số bậc tự do của phân tử khí nitơ (N2) là i = 5

Vậy khí nhận nhiệt lượng 13380J và sinh công 3770J

Độ biến thiên nội năng: U = Qp + A12 = 13380 – 3770 = 9610J

 Khảo sát quá trình biến đổi đẳng nhiệt (T=const)

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

Ví dụ 6.6: Có 8 gam khí ôxy (coi là khí lý tưởng) được nén đẳng nhiệt từ nhiệt độ

270C, áp suất 1atm đến thể tích 2 lít Tính công cần thiết để nén khí

 Khảo sát quá trình biến đổi đoạn nhiệt

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I

Ví dụ 6.7: Một khối khí Hydro (coi là khí lý tưởng) ở áp suất p1 = 1,5atm, thể tích

V 1 = 10lít được giãn nở đoạn nhiệt để thể tích tăng gấp đôi Tính công của khí