Bài 60. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học

Bài 60. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học tài liệu, giáo án, bài giảng...

NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA

NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), là một

nhà vật lý người Pháp Trong tác phẩm năm 1824

Những nhận xét về động năng của sự cháy và các

loại máy móc dựa trên năng lượng này, ông đã lần

đầu tiên đưa ra lý thuyết thành công về nhiệt năng, ngày nay được gọi là Chu kì Carnot, nhờ đó đặt nền tảng cho định luật thứ hai về nhiệt động lực học Ông thường được xem như là "cha đẻ của nhiệt động

học", người đưa ra các khái niệm Hiệu suất Carnot, Định lý Carnot, động cơ nhiệt Carnot, và các lĩnh

vực khác Ông thường được gọi bằng tên Sadi

Carnot

• Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt

lượng sang công.

a) Nguyên tắc hoạt động của động cơ

nhiệt:

• Một ví dụ đơn giản:

Để nâng một vật nặng M từ vị trí 1 lên

vị trí 2 ta dùng một động cơ nhiệt

được thiết kế và vận hành như sau:

vị trí 1

vị trí 2

M

M

M M M M M M

Đến đây khí đã thực hiện được một chu trình.

a) Nguyên tắc hoạt động của động

cơ nhiệt:

• Mỗi động cơ nhiệt bao giờ cũng có

3 bộ phận chính:

* Nguồn nóng

* Nguồn lạnh

* Tác nhân

a) Nguyên tắc hoạt động của động

cơ nhiệt:

Nguồn nóng T1

Nguồn lạnh T2

Q1

Q2

A

Tác nhân và

cơ cấu của

động cơ nhiệt

Tác nhân nhận nhiệt lượng Q 1 từ nguồn nóng biến một phần thành công A và toả phần nhiệt lượng còn lại Q 2 cho nguồn lạnh.

b) Hiệu suất của động cơ nhiệt:

1

Q

A

mà A = Q1 - Q2 Do đó :

1

2 1

Q

Q Q

A

=

=

Hiệu suất của các động cơ nhiệt thực tế nằm trong

khoảng 25% - 45%

• Hiệu suất H của động cơ nhiệt được tính bằng công thức:

a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh:

Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật này truyền sang vật khác nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài.

Nguồn nóng T1

Nguồn lạnh T2

Q1

Q2

A

Tác nhân và

cơ cấu của

máy lạnh

Vật cung cấp nhiệt là nguồn lạnh, vật nhận nhiệt là nguồn nóng và tác nhân nhận công

từ ngoài.

Sơ đồ cấu tạo của một loại tủ lạnh gia đình :

Buồng bay hơi

Dàn ngưng (Dàn nóng)

Van dãn

Dàn bay hơi

(Dàn lạnh)

Máy bơm

Động cơ điện

Q2

A

Q1

Nguồn nóng

Nguồn lạnh

Q 1

Q 2

A

Van dãn

Nguyên tắc hoạt động của một tủ lạnh

Môi thể lỏng Môi thể hơi

Máy nén Dàn nóng Dàn lạnh

• Hiệu năng của máy lạnh ε (epxilon) được xác định bằng

tỷ số giữa Q2 và A:

b ) Hiệu năng của máy lạnh:

A

Q2

=

ε

2 1

2

2

Q Q

Q A

Q

−

=

=

ε

Hiệu năng của máy lạnh thường có giá trị lớn hơn 1

vì Q1 = Q2 + A nên:

Ví dụ:

– Quá trình truyền nhiệt: nhiệt truyền từ vật

nóng sang vật lạnh hơn, chiều ngược lại không tự xảy ra.

– Cơ năng có thể tự động chuyển hoá toàn

bộ sang nội năng: như thả rơi một hòn đá vào chậu nước, cơ năng tự động chuyển hoá toàn bộ sang nội năng của nước và vật; còn chiều ngược lại cũng không tự xảy

ra

Phát biểu:

• Nhiệt không tự nó truyền từ một vật sang vật khác nóng hơn.

• Không thể thực hiện được động

cơ vĩnh cửu loại hai.

• (hay nói cách khác: động cơ nhiệt không thể biến đổi toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành ra công.)

2

1 max

T

T

T

(Công thức này diễn tả định lý Các-nô)

b) Hiệu năng cực đại εmax của máy lạnh:

2 1

2

T T

T

−

= ε

a) Hiệu suất cực đại H max của động cơ nhiệt: