Định luật nhiệt động 2

» Định luật 1 cho phép tính toán cân bằng năng lượng trong các quá trình, xác định lượng nhiệt chuyển hóa thành công hoặc ngược lại.. » Tuy nhiên ĐL1 không cho ta biết trong điều kiện nà

PGS.TS Trương Vĩnh ThS Diệp Thanh Tùng

KS Đào Ngọc Duy

» Định luật I chính là định luật bảo toàn và

chuyển hóa năng lượng viết cho các quá trình nhiệt động.

» Định luật 1 cho phép tính toán cân bằng năng

lượng trong các quá trình, xác định lượng nhiệt chuyển hóa thành công hoặc ngược lại.

» Tuy nhiên ĐL1 không cho ta biết trong điều kiện nào thì nhiệt có thể biến đổi thành công

và liệu toàn bộ nhiệt có thể biến đổi hoàn toàn thành công không.

ĐỊNH LUẬT 2

5.1.1 Phát biểu

» Nhiệt lượng không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn Muốn truyền phải tiêu tốn năng lượng.

» Không thể có động cơ vĩnh cửu loại 2, là động cơ khi làm việc chỉ tiếp xúc với 1 nguồn nhiệt Tức là

không thể chế tạo được máy có khả năng biến toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành công.

5.1.2 Ý nghĩa

» Chiều, hướng, điều kiện chuyển hóa năng lượng.

» Hiệu quả chuyển hóa năng lượng.

5.2.1 Khái niệm

» Là một hay tập hợp một số quá trình xảy

ra liên tiếp mà chất môi giới trở lại trạng thái ban đầu.

» Chu trình thuận chiều: theo kim đồng hồ,biến nhiệt thành công (l>0) Ví dụ: động

cơ nhiệt

» Chu trình ngược chiều: ngược kim đồng

hồ (l<0) Ví dụ: máy nén, máy lạnh

Động cơ nhiệt

5.2.2 Chu trình thuận chiều

» Định nghĩa: là chu trình mà môi chất

nguồn lạnh và biến một phần nhiệt thành công

Chu trình sinh công

q1> 0 - tổng nhiệt lượng cấp cho môi chất

q2< 0 - tổng nhiệt lượng thải ra

lo > 0 - tổng công sinh ra của chu trình

Đánh giá mức độ hoàn thiện của sự biến đổi nhiệt thành công.

5.2.2 Chu trình thuận chiều

» Kết quả: q1  lo  q2

o t

5.2.5 Chu trình ngược chiều

» Định nghĩa: là chu trình mà môi chất

nhận công từ bên ngoài để lấy nhiệt từ nguồn lạnh nhả cho nguồn nóng

q2> 0 - tổng lượng nhiệt nhận vào

q1< 0 - tổng nhiệt lượng thải ra

lo< 0 - tổng công nhận vào của chu trình

Hiệu quả làm việc của chu trình ngược chiều

» Không khí được đốt nóng trong động cơ đốt trong có nhiệt độ đầu vào t1 = 366C, thể tích V1 = 0,007 m3, áp suất p1 = 1 bar Quá trình đốt nóng làm tăng nhiệt độ khí lên t2 = 775C Sau một thời gian, lượng khí trên được làm nguội đến t3 = 208C và thải ra ngoài với nhiệt độ t4

= 20C Tính lượng nhiệt cấp, lượng nhiệt thải, công và hiệu suất nhiệt của chu trình?

» Gồm 2 QT đẳng nhiệt và 2 QT đoạn nhiệt

» Chu trình thuận nghịch thực hiện nhờ 2 nguồn nhiệt (T1 & T2) để trao đổi nhiệt với nguồn nhiệt.

5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

» Chất môi giới là khí lý tưởng

» Không tổn thất năng lượng khi tiến hành chu trình

» Có hiệu suất nhiệt cao nhất

5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

» Hiệu suất nhiệt:

1

q 1

5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

»  chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng và

nguồn lạnh mà không phụ thuộc bản chấtcủa chất môi giới

»  càng lớn khi nhiệt độ nguồn nóng càngcao và nhiệt độ nguồn lạnh càng thấp

»  luôn < 1,  =1 khi T1  hoặc T2 = 0 làkhông thể xảy ra

Nhiệt không thể biến hoàn toàn thành công (định luật 2)

5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

» Khi T1=T2 thì  = 0 không thể sinh công khi chỉ có một nguồn nhiệt (địnhluật 2)

»  của chu trình Carnot lớn hơn  của chutrình khác khi có cùng T1 và T2

5.3.3 Chu trình Carnot ngược chiều

5.3.3 Chu trình Carnot ngược chiều

5.3.2 Chu trình Carnot ngược chiều

»  chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng và

nguồn lạnh mà không phụ thuộc bản chấtcủa chất môi giới

»  càng lớn khi nhiệt độ nguồn nóng càngthấp và nhiệt độ nguồn lạnh càng cao

»  có thể lớn hơn 1

5.4.1 Chu trình không thuận nghịch

» Thực tế các quá trình là không thuận nghịch nên chu trình cũng không thuận nghịch, công sinh ra thấp hơn, nhiệt thải ra q2 lớn hơn.

𝐓 = 𝟏 − 𝐪𝟐

𝐪𝟏 < 𝟏 −

𝐓𝟐

𝐓𝟏

• Nhiệt lượng nhận vào < công lý tưởng

• Nhiệt lượng tỏa ra > công lý tưởng

Tự phát

Không tự phát

Quá trình khuếch tán các khí tự diễn ra có I=0

Trong hệ cô lập, quá trình khuếch tán diễn ratheo chiều hướng làm tăng độ hỗn loạn của hệ

5.5.1 Khái niệm

Trong hệ cô lập, các quá trình tự phát diễn ra theo chiều hướng đi từ trạng thái có độ hỗn loạn thấp

đến trạng thái có độ hỗn loạn cao.

5.5.1 Khái niệm

5.5.1 Khái niệm

» Nếu cấp cho hệ gồm nhiều phân tử của một chất khí một nhiệt lượng q các phân tử gia tăng chuyển động có sự xáo trộn trong hệ

» Nhiệt lượng q càng lớn, sự xáo trộn?

Sự xáo trộn tỷ lệ thuận với q cung cấp

» Cùng nhiệt lượng q, nếu cấp cho hệ đang ở nhiệt

độ cao  hệ đang ở nhiệt độ thấp?

Sự xáo trộn tỷ lệ nghịch với T của hệ

ds = 𝛅𝐪

𝐓 (J/kg.độ): entropy để đo mức độ xáo

trộn hay độ tự do của một hệ

T là hàm trạng tháiĐặt: ds = 𝛅𝐪

𝐓 gọi là entropy (J/kg.độ)

5.5.2 Biểu thức giải tích

» Quá trình không thuận nghịch:

Xét chu trình không thuận nghịch 1a2b1 (gồm 1a2 không thuận nghịch, 2b1 : thuận nghịch)

Mà 2b1 là quá trình thuận nghịch nên :

ds > 𝛅𝐪

𝐓

5.5.4 Độ biến thiên entropy của khí lí tưởng

5.5.5 Ý nghĩa của entropy trong hóa học

» Trong hóa học, entropy được dùng với ýnghĩa để ước định độ tự do của một hệhóa học

» Một hệ biến đổi từ trạng thái đầu đến trạng

thái cuối, với trạng thái cuối ít tự do hơn

trạng thái đầu: S = S 2 – S 1 < 0

» Với trạng thái cuối tự do hơn trạng thái

đầu: S = S 2 – S 1 > 0

5.5.5 Ý nghĩa của entropy trong hóa học

» Xác định dấu của S trong các QT, PƯ sau:

1) Nóng chảy, bay hơi, hòa tan chất rắn, pha loãng

dung dịch, phản ứng tăng số mol khí

2) Đông đặc, ngưng tụ, kết tinh, cô cạn dung dịch,

phản ứng giảm số mol khí 3) CH2  CH2 (k) + H2 (k)  CH3 – CH3 (k)

4) N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k)

5) Cl2  2Cl (k)

6) H2O (r)  H2O (l)

7) CaCO3 (r)  CaO + CO2 (k)

5.5.6 Tính chất của entropy

» Entropy tiêu chuẩn (S 0

298) được đo ở điềukiện chuẩn (p = 1atm, t = 250C)

5.5.6 Tính chất của entropy

» Nhiệt độ tăng làm tăng entropy, ngược lại

áp suất tăng làm giảm entropy

S 0 298 H 2 O (lỏng) < S 0 350 H 2 O (lỏng)

5.5.7 Tính S cho PƯ hóa học

5.5.8 Entropy tiêu chuẩn ở 298K