Chuong 8_Nguyen ly I va II nhiet dong hoc

8.1 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học- Khi hệ không chuyển động và không nằm trong trường lực nào năng lượng của hệ chỉ là nội năng.. Khái niệm năng lượng, công, nhiệt lượng: Năng lượng

8.1 Nguyên lý thứ I nhiệt động học

8.1.1 Các khái niệm cơ bản 8.1.2 Nguyên lý I nhiệt động học 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động học

8.2.1 Các hạn chế của nguyên lý I 8.2.2 Nội dung nguyên lý II

8.2.3 Định lý Carnot

8.1 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học

- Khi hệ không chuyển động và không nằm

trong trường lực nào năng lượng của hệ chỉ là nội năng.

a Khái niệm năng lượng, công, nhiệt lượng:

Năng lượng

- Năng lượng của hệ đặc trưng cho mức độ vận

động của hệ.

- Năng lượng toàn phần của hệ bao gồm động

năng, thế năng và nội năng của hệ.

- Năng lượng là một hàm của trạng thái.

8.1.1 Các khái niệm cơ bản

Công (là một hàm quá trình):

đặc trưng mức độ trao đổi năng lượng

thông qua sự thay đổi thể tích của hệ.

2

1

V

V

A    p dV

Nhiệt lượng (là một hàm của quá trình):

đặc trưng mức độ trao đổi năng lượng

thông qua chuyển động hỗn độn của các

phân tử.

_ Đơn vị Joule hay calo ( 1cal = 4,18J )

Q  m.c T 

Qui ước về dấu:

A, Q > 0: khi hệ nhận từ bên ngoài.

A, Q < 0: khi hệ sinh/tỏa ra bên ngoài.

b Nội dung nguyên lý I

8.1.2 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học

Độ biến thiên nội năng của hệ trong một qúa trình biến đổi bất kì luôn bằng tổng công và nhiệt mà hệ đã trao đổi trong quá trình biến đổi đó.

_ Đối với một quá trình vô cùng nhỏ, biểu thức nguyên lý thứ I được viết:

  

dU     A Q

c Hệ quả:

Sau một chu trình:

A  Q

Hệ cô lập: A  Q  0

: hệ nhận bao nhiêu nhiệt thì sinh bấy nhiêu công và ngược lại.

Nội năng của hệ cô lập được bảo toàn.

không thể có động cơ vĩnh cửu loại I.

(định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng)

8.1.2 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học

   

U 0 hay U const

Trạng thái cân bằng, quá trình cân bằng:

_ Trạng thái của một hệ nhiệt động được xác định bởi các thông số trạng thái: p, V, T, n

_ Nếu p, T không thay đổi tại mọi điểm trong hệ thì ta có trạng thái cân bằng

_ Một quá trình biến đổi, hệ liên tục trải qua nhiều trạng thái Nếu quá trình biến đổi là đủ chậm để các trạng thái mà hệ trải qua luôn là trạng thái cân bằng thì gọi là quá trình cân bằng.

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

Độ biến thiên nội năng:

_Nội năng của chất khí lý tưởng: U m iR T

2





m iR

2



i: bậc tự do

của chất khí

i = 3 (khí đơn nguyên tử)

i = 5 (khí hai nguyên tử)

i = 6 (khí >= 3 nguyên tử) 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

2

1

V

V

A    p dV

Nhiệt lượng: Q  m.c T 

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

c : nhiệt dung riêng (đơn vị: J/kg.K)

m

Q  C T



C   c. : nhiệt dung mol (đơn vị: J/mol.K)

a Quá trình biến đổi đẳng tích (V=const)

v

2

_ Nhiệt dung mol đẳng tích: Cv i R

2



2

1

V

V

A    p dV  0

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

b Quá trình biến đổi đẳng áp (p=const)

2

1

V

V

m

A   p dV   p(V  V )   R T 





p

2

 

         

_ Nhiệt dung mol đẳng áp: 1

2

p

i

C     R

 

 

_ Hệ thức Mayer: C p  C v  R

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

c Quá trình biến đổi đẳng nhiệt (T=const)

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

d Quá trình biến đổi đoạn nhiệt (Q=0)

dU    A pdV

p v

C i 2



  

γ : là hệ số Poisson.

p V p V A

1





 

8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I

1

1

pV const

TV const

T p const





 







Quá trình PT của

Đẳng tích

0

Đẳng áp

Đẳng nhiệt

0

Đoạn nhiệt

0

P

const

m

C T

 

V

const

T 

1 2

P V V

p

m

m

C T

2

ln

m V RT

V

1

ln

RT

V



m

C T

v

m

C T

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học

a Hạn chế của nguyên lý I

-Không thể chỉ ra được chiều hướng của sự truyền nhiệt.

-Theo nguyên lý I, nhiệt và công có thể chuyển hóa hoàn toàn cho nhau Nhưng trong thực tế nhiệt chỉ có thể chuyển hóa một phần thành công.

-Nguyên lý thứ I cũng không giải thích được chất lượng nhiệt.

Quá trình thuận nghịch và bất thuận nghịch:

_Một quá trình biến đổi được gọi là thuận nghịch nếu nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại, và ở lượt về (quá trình ngược), hệ đi qua tất cả các trạng thái trung gian như ở lượt đi.

_Quá trình thuận nghịch là quá trình lí tưởng, thực tế không xảy ra.

Vậy đối với quá trình thuận nghịch thì sau khi thực hiện quá trình thuận nghịch môi trường không bị thay đổi.

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học

_ Động cơ nhiệt: (thiết bị

biến nhiệt thành công)

Hiệu suất của động cơ nhiệt:

2

1

   

Q  Q'  A '

b Phát biểu nguyên lý II dựa trên sự khảo sát các máy nhiệt (Động cơ nhiệt và máy làm lạnh)

_ Phát biểu của Thomson: Không thể chế tạo được ĐCN hoạt động tuần hoàn, liên tục biến nhiệt thành công mà không làm môi trường xung quanh biến đổi.

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học

_ Máy lạnh: (thiết bị

biến công thành nhiệt)

Hệ số làm lạnh:

A Q ' Q

  



Q   A Q'

_ Phát biểu của Clausius: Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng nếu không có sự bù trừ nào.

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học

_ Động cơ nhiệt:

c Chu trình Carnot

2 1

T 1

T

  

Hiệu suất của động cơ nhiệt

chạy theo chu trình Carnot :

(1)  (2): dãn nở đẳng nhiệt

(2) (3): dãn nở đoạn nhiệt

(3) (4): dãn nở đẳng nhiệt

(4)(1): dãn nở đoạn nhiệt

Q 1 , T 1

Q 2 , T 2

N

L

T

T 1

η  

8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học

_Máy làm lạnh:

Chu trình Carnot nghịch

Hiệu suất của máy lạnh

chạy theo chu trình Carnot: 2

T

 

