Giáo trình kỹ thuật nhiệt - Chương 2

Tài liệu “Kỹ thuật nhiệt” được biên soạn theo chương trình môn học đã được duyệt nhằm cung cấp cho học sinh, sinh viên ngành kỹ thuật, sinh viên trường chuyên ngành lạnh các trường đại học và

Chương 2:

Định luật nhiệt thứ nhất

&

Các quá trình nhiệt cơ bản của

môi chất ở pha khí

2.1 NHIỆT, CÔNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

• Nhiệt lượng: là năng lượng đi xuyên qua bề

mặt ranh giới khi giữa môi chất và môi trường

có sự chênh lệch nhiệt độ Đơn vị: kJ, kcal,

• Công: Công thay đổi thể tích (công dãn nở),

Công kỹ thuật

Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ

• Nhiệt dung riêng ‘c’ là nhiệt lượng cần thiết để đưa nhiệt độ

của một đơn vị môi chất tăng thêm 1 độ theo một quá trình nào

đó.

• Dựa vào đặc điểm của quá trình và đơn vị đo lường, ta chia ra:

 Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp: c p(J/kg.K)

 Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích: c v(J/kg.K)

 Nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp: c’ p(J/m 3

tc K)

 Nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích: c’ v(J/m 3

tc K)

 Nhiệt dung riêng kmol đẳng áp: µcp(J/mol.K)

 Nhiệt dung riêng kmol đẳng tích: µcv(J/mol.K)

Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

k : số mũ đoạn nhiệt

khí 1 nguyên tử: k = 1,67 khí 2 nguyên tử: k = 1,4 khí 3 nguyên tử: k = 1,3

• Công thức Mayer đối với khí lý tưởng:



8314





c R

k c

c

c

c

c

c

v

p

v

p

v

p















Mối quan hệ giữa các loại nhiệt dung riêng

• Từ các công thức trên, ta có:

• Nhiệt dung riêng trong quá trình đa biến có số

mũ n là:

1





k

R

k

k

c p

1





1







n

k n c

Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng

Loại khí k

) (

k kmol kJ

c v

(

K kmol kJ

c p



Khi yêu cầu độ chính xác cao, có thể coi nhiệt

dung riêng có quan hệ bậc 1 (đường thẳng) với

nhiệt độ theo công thức:

Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

• Nếu c = const:

• Nếu c = a0+ a1t:

)

2

;





2

1

2

;

q

2 1

2 1 1 0 2

; 1

t t a a

Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi Entropi

• Nhiệt lượng cần thiết để đưa một đơn vị môi

chất từ trạng thái 1 sang trạng thái 2:



 2

1

2

1 2

; 1

s

s

ds T dq q

Công thay đổi thể tích

• Là công do môi chất thực hiện khi có sự thay

đổi về thể tích

• Công thay đổi thể tích của môi chất khi thể

tích thay đổi từ v1đến v2:





2

1

v

v

pdv

dl

l

Công kỹ thuật

• Là công của dòng môi chất chuyển động (hệ

hở) thực hiện khi áp suất của môi chất thay đổi

• Công kỹ thuật có thể tính theo:







1

2 2

1

2

1

p

p p

p

kt

l

ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT

• Nội dung định luật:“Nhiệt lượng cấp vào cho

hệ, một phần dùng để thay đổi nội năng, một

phần dùng để sinh công.”

• Ý nghĩa định luật: Cho phép ta viết phương

trình cân bằng năng lượng cho một quá trình

nhiệt động

• Biểu thức: dq = du + dl

Các biểu thức của Định luật nhiệt động I

• dq = du + pdv

• dq = di – vdp

• dq = di – dlkt

• Đối với khí lý tưởng: dq = cvdT + pdv

dq = cpdT – vdp

CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

• Quá trình đa biến

• Quá trình đẳng áp

• Quá trình đẳng tích

• Quá trình đẳng nhiệt

• Quá trình đoạn nhiệt

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong

điều kiện thể tích không đổi.(v = const, dv = 0)

•

1

2

1

2

p

p

T

T



QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong

điều kiện áp suất không đổi.(p = const, dp = 0)

1

2

1

2

T

T

v

v



QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong

điều kiện nhiệt độ không đổi.(T=const, dT = 0)

1

2

2

1

v

v

p

p



QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong

điều kiện không trao đổi nhiệt với môi

trường.(q = 0, dq = 0)

k

v

v

p

p











1

2

2

1

QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN

• Là quá trình nhiệt động được tiến hành trong

điều kiện nhiệt dung riêng của quá trình không

đổi.(cn= const)

n

v

v

p

p











1

2

2

1

Lượng thay đổi các thông số trạng thái

• Lượng thay đổi nội năng:

• Lượng thay đổi entanpi:

• Trong quá trình đẳng nhiệt thì Δu=0 và Δi=0

) ( 2 1 1

2

2

1

T T c dT c u

u

T

T







2 1 1

2

2

1

T T c dT c

i

i

T

T







Lượng thay đổi entrôpi

• Quá trình đẳng tích:

• Quá trình đẳng áp:

• Quá trình đẳng nhiệt:

• Quá trình đoạn nhiệt:

1 2

ln

T

T c



1 2

ln

T

T c



1 2

1

2 ln ln

p

p R v

v R



0



s

Tính nhiệt lượng trong các quá trình

• Quá trình đẳng tích:

• Quá trình đẳng áp:

• Quá trình đẳng nhiệt:

• Quá trình đoạn nhiệt:

• Quá trình đa biến:

T c

q p

T c

2

1 1 1

2

p

p v p v

v v p

T k n c

0



q

Tính công thay đổi thể tích trong các quá trình

• Quá trình đẳng tích:

• Quá trình đẳng áp:

• Quá trình đẳng nhiệt:

• Quá trình đoạn nhiệt:

0



tt

l

) (T2 T1 R

2

1 2 2

1 1 2

ln

p

p v p p

p v p p

p RT





2

1

1 k k tt

v

dv v p l

Tính công thay đổi thể tích trong quá trình đa biến

1

1

v p v

p

n







































1

2

1 1

1 1

n

tt

v

v n

RT l





































n n

tt

p

p n

RT l

1

1

2

1



















1

2

T n

RT

ltt

Tính công kỹ thuật trong các quá trình

• Quá trình đẳng tích:

• Quá trình đẳng áp:

• Quá trình đẳng nhiệt:

• Quá trình đoạn nhiệt:

0



kt

l

) (p2 p1 v

l kt 

tt

l 

tt

l 

Home works

• Bài tập 5 – 13 trang 152 – 155 sách Cơ sở kỹ

thuật nhiệt

• Toàn bộ bài tập Chương 2 sách Bài tập cơ sở

kỹ thuật nhiệt

• Đọc trước Chương 3 – Một số quá trình khác

của khí và hơi