NHIỆT ĐỘNG HỌC - chương 1

Quá trình nhiệt động được sinh ra là do có sự trao đổi năng lượng giữa các phần tử thuộc hệ hoặc giữa hệ với môi trường làm cho ít nhất một thông số trạng thái của hệ thay đổi.. Nội thế

GIỚI THIỆU MÔN HỌC

1 Mục đích môn học:

− Trang bị kiến thức về các vấn đề biến đổi năng lượng của vật chất có liên quan đến năng lượng nhiệt

− Ứng dụng có hiệu quả các quy luật biến đổi nhiệt năng vào trong kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của các thiết bị nhiệt

2 Nội dung môn học: gồm 3 phần

− Sự thay đổi các đặc tính cơ bản của vật chất dưới tác dụng của nhiệt năng

− Quy luật biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng

− Các quá trình nhiệt động xảy ra trong các thiết bị nhiệt

3 Vị trí môn học:

− Là môn học cơ sở quan trọng để nghiên cứu các quá trình và thiết bị có liên quan đến năng lượng nhiệt như động cơ nhiệt, máy lạnh, máy sấy, máy điều hoà không khí, máy chế biến thực phẩm,

− Phục vụ rộng rãi cho nhiều ngành kỹ thuật như cơ khí, luyện kim, hoá chất, giao thông vận tải, công nghệ chế biến lương thực, thực phẩm, kỹ thuật lạnh và điều hoà không khí

− Là một trong những môn học kỹ thuật cơ sở có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong quá trình phát triển kinh tế, kỹ thuật và nâng cao đời sống nhân dân

Chương 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

VÀ ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT

1.1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG HỌC

1.1.1 Thiết bị nhiệt

Thiết bị nhiệt là những thiết bị dùng để thực hiện quá trình chuyển hóa giữa nhiệt năng và cơ năng ở 2 nguồn nhiệt : nguồn nóng có nhiệt độ T1 và nguồn lạnh có nhiệt

độ T2

Thiết bị nhiệt được chia thành 2 nhóm : động cơ nhiệt, máy lạnh và bơm nhiệt Động cơ nhiệt là những thiết bị dùng để biến nhiệt năng của nhiên liệu bị đốt cháy thành cơ năng (động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tuốc bin )

Máy lạnh là những thiết bị tiêu hao công để truyền nhiệt năng từ nơi có nhiệt độ thấp (buồng lạnh) tới nơi có nhiệt độ cao hơn (môi trường ngoài) Bơm nhiệt là những thiết bị sử dụng nhiệt để sưởi ấm, sấy vật ướt

1.1.2 Hệ thống nhiệt động

Hệ nhiệt động là một hoặc nhiều vật thể được tách riêng ra để nghiên cứu các tính chất nhiệt động của chúng Tất cả những vật ngoài hệ được gọi là môi trường

Bề mặt ranh giới giữa hệ với môi trường có thể là bề mặt thật như vách xilanh hoặc pittông, cũng có thể là bề mặt tưởng tượng, bề mặt ranh giới có thể cố định hoặc

di động

Tùy theo điều kiện tách hệ thống ta có thể chia hệ nhiệt động thành nhiều loại:

Hệ thống nhiệt động kín là hệ trong đó trọng tâm của hệ không chuyển động

hoặc có chuyển động nhưng với vận tốc rất nhỏ mà ta hoàn toàn có thể bỏ qua động năng của nó Khối lượng của hệ không đổi và môi chất trong hệ không đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ và môi trường Ví dụ: chất khí chứa trong bình kín, hơi nước trong chu trình động lực hơi nứơc của nhà máy nhiệt điện là những hệ thống nhiệt động kín

Hệ thống nhiệt động hở là hệ trong đó trọng tâm của hệ chuyển động, khối lượng

của hệ thay đổi và môi chất đi qua bề mặt ranh giới giữa hệ và môi trường Ví dụ động

cơ đốt trong kiểu pittông, tuốc bin, máy nén khí là những hệ thống nhiệt động hở

Hệ thống nhiệt động đoạn nhiệt là hệ không trao đổi nhiệt với môi trường.

Hệ thống nhiệt động cô lập là hệ không có bất kỳ sự trao đổi năng lượng nào với môi

trường xung quanh

Trong thực tế không tồn tại các hệ nhiệt động hoàn toàn cô lập hoặc hoàn toàn đoạn nhiệt mà chỉ có những trường hợp gần đúng

1.1.3 Trạng thái nhiệt động

Trạng thái của hệ thống nhiệt động là sự tồn tại của hệ ở một thời điểm nhất định Ở mỗi trạng thái hệ được xác định bằng những đại lượng vật lý nhất định gọi là thông số trạng thái Thông số trạng thái là hàm chỉ phụ thuộc vào trạng thái mà không phụ thuộc vào quá trình

Trạng thái cân bằng của hệ là trạng thái không có sự tương tác giữa các vật trong

hệ và giữa hệ với môi trường Chỉ có ở trạng thái cân bằng, các thông số trạng thái của

hệ mới có giá trị đồng đều tại mọi điểm trong hệ và do đó mới có thể được biểu thị bằng cùng một giá trị

Trong thực tế không tồn tại trạng thái cân bằng tuyệt đối Tuy nhiên, việc nghiên cứu những trạng thái cân bằng sẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các trạng thái thực tế của hệ thống nhiệt động

1.1.4 Quá trình nhiệt động

Quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi trạng thái của hệ một cách liên tục Quá trình nhiệt động được sinh ra là do có sự trao đổi năng lượng giữa các phần

tử thuộc hệ hoặc giữa hệ với môi trường làm cho ít nhất một thông số trạng thái của hệ thay đổi

Quá trình nhiệt động được phân thành: quá trình cân bằng và không cân bằng, quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

Quá trình cân bằng là quá trình được tạo bởi các trạng thái cân bằng Nói cách

khác, quá trình cân bằng là quá trình được tiến hành từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối qua các trạng thái trung gian đều là những trạng thái cân bằng

Quá trình không cân bằng là quá trình được tạo thành bởi các trạng thái mà trong

đó ít nhất có một trạng thái không cân bằng

Thực tế không tồn tại các quá trình cân bằng vì khi chuyển từ trạng thái cân bằng trước sang trạng thái cân bằng tiếp theo thì trạng thái cân bằng trước bị phá vỡ, không còn cân bằng Tuy vậy, nếu quá trình xảy ra một cách vô cùng chậm, có thể coi thông

số trạng thái của các điểm thuộc hệ ở cùng một thời điểm là như nhau và à quá trình

đó được coi là quá trình cân bằng Quá trình cân bằng được biểu diễn bằng một đường trên đồ thị

Quá trình thuận nghịch là quá trình cân bằng mà khi thực hiện theo chiều ngược

lại từ trạng thái cuối đến trạng thái đầu, hệ sẽ lần lượt đi qua tất cả các trạng thái trung gian mà quá trình thuận đã đi qua (từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối) mà không làm thay đổi trạng thái của hệ và điều kiện môi trường

Quá trình không thuận nghịch là quá trình không thoả mãn với điều kiện của quá

trình thuận nghịch

Trong thực tế không tồn tại các quá trình thuận nghịch Tuy nhiên, trong phạm vi môn học này chỉ nghiên cứu các quá trình thuận nghịch Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ

sở cho việc khảo sát các quá trình thực

1.1.5 Môi chất và các thông số trạng thái

Môi chất là chất trung gian để thực hiện quá trình chuyển hóa giữa nhiệt và công trong các thiết bị nhiệt

Môi chất có thể tồn tại ở một trong 3 thể cơ bản: thể rắn, thể lỏng và thể khí Trong các thiết bị nhiệt thường thấy môi chất tồn tại ở thể khí vì chất khí có khả năng thay đổi thể tích rất lớn nên có khả năng trao đổi công lớn

Mỗi môi chất đều có những thông số trạng thái sau đây :

1.1.5.1 Thể tích riêng

Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng môi chất, ký hiệu v, đơn vị

m3/kg và được xác định theo công thức :

V

v =  (m3/kg) (1.1) G

Với : V(m3) - thể tích của vật; G(kg) - khối lượng của vật

Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng gọi là khối lượng riêng ρ :

1 G

ρ =  =  (kg/m3) (1.2)

v V

1.1.5.2 Áp suất

Áp suất tuyệt đối của một chất khí (hoặc chất lỏng) là lực tác dụng của các phân

tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích bình chứa

Đơn vị đo áp suất là N/m2 hay còn gọi là Pascal (Pa), bội số của nó là kilopascal (1 kPa = 103Pa), bar (1 bar = 105 Pa) và megapascal (1MPa = 106 Pa) Ngoài ra trong

kỹ thuật còn dùng các đơn vị đo áp suất khác như atmốtphe (at) và chiều cao các cột chất lỏng: mmHg (còn gọi là Torricelli - Tor) và mH2O

Quan hệ giữa các đơn vị như sau :

1 at = 0,98bar = 735,6 mmHg = 10 mH2O

1 bar = 750mmHg

1 Tor = 133,32 Pa

1 1 1

1 Pa = 10-5 bar =  mmH2O =  mmHg = × 10-5 at

9,81 133,32 0,981 Các qui đổi trên đúng cho trường hợp khi chiều cao cột chất lỏng được đo ở 0oC Nếu chiều cao cột chất lỏng đo ở nhiệt độ t ≠ 0oC cần phải hiệu chỉnh chiều cao cột chất lỏng về 0oC Đối với thủy ngân hiệu chỉnh theo công thức :

với: ht - chiều cao cột thủy ngân đo được ở nhiệt độ toC;

ho - chiều cao cột thủy ngân quy về 0oC

Thông thường ở nhiệt độ không lớn ta có

thể bỏ qua sự hiệu chỉnh này

Áp suất tuyệt đối được ký hiệu là p, đây

là thông số trạng thái và có thể đo trực tiếp

được nhưng người ta thường đo gián tiếp

thông qua áp suất khí trời (ký hiệu là pkt) và

phần chênh lệch của áp suất tuyệt đối so với

áp suất khí trời Phần áp suất của môi chất lớn

hơn áp suất khí trời gọi là áp suất thừa, ký hiệu

pt Phần áp suất của môi chất nhỏ hơn áp suất

khí trời gọi là áp suất chân không, ký hiệu pck

p kt

p kt

p t

p kt

p ck

Hình 1.1 Biểu thị các loại áp suất

Dụng cụ để đo áp suất gọi chung là áp kế Có nhiều loại áp kế: áp kế chất lỏng,

áp kế lò xo Áp kế dùng để đo áp suất khí trời gọi là Barômet, áp kế đo áp suất thừa

là Manômet, áp kế đo áp suất chân không gọi là chân không kế

Khi áp suất của môi chất lớn hơn áp suất khí trời nó được tính theo công thức :

Khi áp suất của môi chất nhỏ hơn áp suất khí trời :

p = pkt - pck (1.5)

1.1.5.3 Nhiệt độ

Nhiệt độ là thông số biểu thị cho trạng thái nhiệt (mức độ nóng, lạnh) của vật chất Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ biểu thị cho tốc độ chuyển động của các phân tử và nguyên tử trong nội bộ vật chất

Dụng cụ đo nhiệt độ được gọi là nhiệt kế Có nhiều thang đo nhiệt độ khác nhau, trong kỹ thuật thường dùng hai loại thang đo nhiệt độ là nhiệt độ bách phân (còn gọi là nhiệt độ Celcius)và nhiệt độ tuyệt đối (hay nhiệt độ Kelvin)

Nhiệt độ bách phân (còn gọi là nhiệt độ Celcius) ký hiệu là t, đơn vị oC Trong đó

0oC là nhiệt độ của băng đang tan và 100oC là nhiệt độ của nước sôi ở áp suất 760 mmHg

Từ 0oC đến 100oC được chia thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần ứng với 1oC

Thang nhiệt độ tuyệt đối (nhiệt độ Kelvin), ký hiệu T, đơn vị oK Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ tuyệt đối tỷ lệ thuận với động năng chuyển động tịnh tiến trung bình của các phân tử :

BT = m

2

2 ω

Trong đó: m - khối lượng phân tử; ω - tốc độ chuyển động tịnh tiến trung bình của các phân tử; B - hệ số tỷ lệ

Từ công thức trên ta thấy T = 0oK khi ω = 0, đó là trạng thái lý tưởng của vật không thể có được, vì vậy 0oK gọi là không độ lý tưởng

Theo thang nhiệt độ tuyệt đối thì nhiệt độ của băng đang tan là 273,150C , độ không tuyệt đối sẽ bằng - 273,15oC Do đó ta có mối liên hệ giữa 2 thang nhiệt độ :

Ngoài ra, ở một số nước còn sử dụng

thang nhiệt độ Farenheit, đơn vị oF và nhiệt

độ Rankin (oR) Trong đó 0oC tương ứng

với 32oF và 462oR, 100oC tương ứng với

212oF Quan hệ giữa các thang đo nhiệt độ

như biểu diễn trên hình 1.2.

Như vậy, độ lớn của 10C và 10K bằng

nhau và bằng 1% khoảng cách giữa hai

điểm mốc, độ lớn của 1oF và 10R bằng

nhau và bằng 1/180 khoảng cách giữa hai

điểm mốc, còn độ lớn của 1oC và 10F khác

nhau và được qui đổi như sau :

-273 0 - 460 0 tuyệt đối

100 373 212

đá tan nước sôi

0C 0K 0F

Hình 1.2 Quan hệ giữa các thang nhiệt độ

o

5

9 100

32 212

Vậy: t0C = T0K - 273,15 =

9

5 (t0F - 32)

t0F = 59t0C + 32

Ví dụ: 300C ứng với 303,150K hoặc 860F

1.1.5.4 Nội năng

Nội năng là toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật

Theo thuyết động học phân tử, chuyển động của các phân tử khí tạo thành nội động năng Vận tốc chuyển động của các phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ nên nội động năng cũng phụ thuộc vào nhiệt độ : uđ = f(T)

Mặt khác, vì giữa các phân tử có lực tương tác nên tạo thành một thế năng gọi là nội thế năng Nội thế năng phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử tức là phụ thuộc vào thể tích riêng v : ut = f(v)

Tổng nội động năng và nội thế năng gọi là nội năng của chất khí : u = uđ + ut

Ở mỗi trạng thái xác định thì T và v có những trị số xác định nên nội năng u cũng có trị số xác định Vậy u là hàm của trạng thái và được xác định bằng hai thông số độc lập: u

= f(T,v) Riêng đối với khí lý tưởng, nội năng chỉ là hàm của nhiệt độ : u = f(T) vì khí lý tưởng không có lực tương tác giữa các phân tử nên nội thế năng bằng 0

Vì trong các quá trình nhiệt động ta chỉ cần biết giá trị biến đổi nội năng ∆u mà không cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng nên ta có thể chọn điểm gốc tùy ý mà tại

đó nội năng có giá trị bằng 0 Ví dụ, đối với nước theo quy ước quốc tế người ta chọn u0 = 0 ở điều kiện có áp suất 0,0062 at và nhiệt độ 0,01oC (điểm ba của nước)

1.1.5.5. Năng lượng đẩy (Thế năng áp suất)

Năng lượng đẩy (hay thế năng áp suất), ký hiệu d(J/kg) và D(J)

Chúng ta biết rằng khi dòng khí (hoặc chất lỏng) chuyển động thì ngoài động năng và thế năng còn một năng lượng nữa để giúp đẩy khối khí dịch chuyển, đó chính

là năng lượng đẩy Người ta đã chứng minh được năng lượng đẩy có biểu thức:

Các biểu thức trên ở dạng vi phân sẽ là :

d(d) = d(pv) ; d(D) = d(pV) (1.8) Năng lượng đẩy chỉ có trong hệ hở và cũng là một thông số trạng thái

1.1.5.6 Entanpi

Trong tính toán nhiệt thường gặp biểu thức (u + pv), để đơn giản người ta đặt biểu thức này là i và gọi là entanpi

Đối với 1 kg môi chất ta có:

i = u + pv (J/kg) (1.9) Đối với G kg môi chất:

Vì u, p, v đều là thông số trạng thái nên i cũng là thông số trạng thái Đơn vị của i cũng như của u và thường chỉ cần tính ∆u nên có thể chọn một trạng thái thích hợp nào đó làm mốc như đối với ∆u Thường chọn uo = 0 tại điều kiện tiêu chuẩn

1.1.5.7 Entrôpi

Entrôpi cũng là một thông số trạng thái, ký hiệu là s (J/kg.oK) cho 1 kg và S (J/kgoK) cho G kg môi chất, có vi phân được tính theo công thức:

với dq là nhiệt lượng vô cùng nhỏ trao đổi với môi trường khi nhiệt độ tuyệt đối của môi chất bằng ToK

Entrôpi không đo trực tiếp được Trong tính toán cũng chỉ cần tính ∆s nên có thể chọn trạng thái mốc bất kỳ, thường lấy cùng mốc để tính u và i

1.1.5.8 Execgi

Execgi của một môi chất ở một trạng thái nào đó là năng lượng có ích tối đa có thể nhận được khi cho môi chất tiến đến trạng thái cân bằng với môi trường bên ngoài Đây là một thông số trạng thái tương đối mới, ký hiệu e (J/kg) hoặc E(J)

Execgi chỉ là phần năng lượng tối đa có thể sử dụng được trong điều kiện môi trường xung quanh còn phần năng lượng tiềm ẩn trong môi chất nhưng không thể sử dụng được trong điều kiện môi trường xung quanh gọi là anecgi Execgi cũng không

đo trực tiếp được mà phải tính theo công thức:

Trong đó : io/Io , To, so/So - entanpi, nhiệt độ tuyệt đối, entrôpi của môi chất ở trạng thái cân bằng với môi trường; i/I, T, s/S - entanpi, nhiệt độ tuyệt đối, entrôpi của môi chất ở trạng thái cần xác định

1.1.6 Nhiệt dung riêng

1.1.6.1 Khái niệm về nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một đơn vị môi chất để nâng nhiệt độ của nó lên một độ trong một quá trình nhiệt động nào đó

Nhiệt dung riêng phụ thuộc vào bản chất của chất khí, nhiệt độ và áp suất Thông thường có thể bỏ qua ảnh hưởng của áp suất tới nhiệt dung riêng của chất khí vì sự ảnh hưởng này là không đáng kể ở những áp suất không quá lớn

1.1.6.2 Các loại nhiệt dung riêng

Theo sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng vào nhiệt độ có thể phân ra nhiệt dung

riêng thực và nhiệt dung riêng trung bình

Nhiệt dung riêng thực là nhiệt dung riêng tại một giá trị nhiệt độ nào đó Ta có

biểu thức:

dt dq

Từ đó: =∫

1

t

Cdt

Nhiệt dung riêng trung bình là giá trị nhiệt dung riêng trong khoảng nhiệt độ ∆t

= t2 - t1 nào đó và được tính theo biểu thức:

t

q t t

q C

C tb t t

∆

=

−

=

=

1 2

2

Khi thay biểu thức (1.15) vào (1.16) ta có:

∫

∆

=

2

1

1

2 1

t

t

t

t

Theo đơn vị đo lượng môi chất ta có 3 loại nhiệt dung riêng sau:

Nhiệt dung riêng khối lượng: Khi đơn vị đo lượng môi chất là kilôgam ta có

nhiệt dung riêng khối lượng, ký hiệu C, đơn vị đo là J/kg.0K

Nhiệt dung riêng thể tích: Nếu đơn vị đo lượng môi chất là mét khối tiêu chuẩn

(m3 tc) ta có nhiệt dung riêng thể tích, ký hiệu C', đơn vị đo J/m 3 tc 0K

Nhiệt dung riêng kilômol: Nếu đơn vị đo lượng khí là kilômol (kmol) thì nhiệt

dung riêng được gọi là nhiệt dung riêng kilômol, ký hiệu Cµ , đơn vị đo J/kmol.0K Các loại nhiệt dung riêng trên có mối quan hệ với nhau biểu thị bằng các công thức sau:

Cµ

µ

Cµ

22,4

Theo điều kiện tiến hành quá trình có nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp

Nhiệt dung riêng đẳng tích của môi chất là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho

một đơn vị môi chất (1kg, 1m3 tc hoặc 1kmol) để nâng nhiệt độ của nó lên một độ trong điều kiện thể tích của môi chất không thay đổi

Nhiệt dung riêng đẳng tích được ký hiệu thêm chỉ số v Vậy có 3 loại nhiệt dung riêng đẳng tích:

Cv - nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích, đơn vị J/kg.0K ;

C'v - nhiệt dung riêng thể tích đẳng tích, đơn vị J/m3 tc 0K;

Cµv - nhiệt dung riêng kilômol đẳng tích, đơn vị J/kmol 0K

- Nhiệt dung riêng đẳng áp của môi chất là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho

một đơn vị môi chất (1kg, 1m3 tc hoặc 1kmol) để nâng nhiệt độ của nó lên một độ trong điều kiện áp suất của môi chất không thay đổi Nhiệt dung riêng đẳng áp được

ký hiệu thêm chỉ số p Ta cũng có 3 loại nhiệt dung riêng đẳng áp:

Cp - nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp, đơn vị J/kg.0K;

C’p - nhiệt dung riêng thể tích đẳng áp, đơn vị J/m3 tc 0K;

Cµ p - nhiệt dung riêng kilômol đẳng áp, đơn vị J/kmol 0K.

So sánh về tính chất quá trình thì giá trị của nhiệt dung riêng đẳng áp bao giờ cũng lớn hơn nhiệt dung riêng đẳng tích Đối với khí lý tưởng, quan hệ giữa nhiệt dung riêng đẳng áp và nhiệt dung riêng đẳng tích được biểu thị bằng công thức Mayer :

và : Cp

Cv

Trong đó: k là số mũ đoạn nhiệt Đối với khí lý tưởng, trị số k chỉ phụ thuộc vào

số nguyên tử chứa trong một phân tử khí Khí 1 nguyên tử có k = 1,67, khí 2 nguyên tử

có k = 1,4; khí có từ 3 nguyên tử trở lên có k = 1,3

Từ 2 công thức trên có thể rút ra công thức tính Cp và Cv của khí lý tưởng theo k

và R :

R

k - 1

k

k - 1

1.1.6.3 Quan hệ giữa nhiệt dung riêng và nhiệt độ

− Đối với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng không phụ thuộc nhiệt độ và được xác định theo bảng sau

Bảng 1 Nhiệt dung riêng của khí lý tưởng

Ví dụ 1: Xác định nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích của khí O2

Áp dụng công thức Cv = Cµ v /µ

Tra bảng 1: O2 là khí 2 nguyên tử → Cµ v = 20,9 kJ/kmol.0K;

Khối lượng kilômol của O2: µO2 = 32 kg/kmol

Vậy: NDR khối lượng đẳng tích của khí O2 là: Cv = 20,9/32 = 0,65 kJ/kg.0K

Ví dụ 2: Xác định nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp của khí CO2

Áp dụng công thức Cp = Cµp /µ

Tra bảng 1: CO2 là khí 3 nguyên tử → Cµp = 37,7 kJ/kmol.0K;

Khối lượng kilômol của CO2: µCO2 = 44 kg/kmol

Vậy: NDR khối lượng đẳng áp của khí CO2 là: Cp = 37,7/44 = 0,86 kJ/kg.0K

− Đối với khí thực: NDR phụ thuộc vào nhiệt độ

Khi không yêu cầu độ chính cao, có thể coi NDR phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình bậc nhất:

C = ao + a1t

Trong đó: t - nhiệt độ (0C)

ao, a1 - các hệ số xác định bằng thực nghiệm;

Khi yêu cầu độ chính xác cao, có thể lấy theo phương trình bậc 2 hoặc cao hơn nữa:

Phương trình bậc hai:

C = a0 + a1t + a2t2

1.2 NHIỆT VÀ CÔNG

Nhiệt và công là hai hình thức thể hiện mức độ trao đổi năng lượng giữa các vật thể trong hệ hoặc giữa hệ với môi trường trong một quá trình nhiệt động

Khi trao đổi năng lượng bằng công thì bao giờ cũng kèm theo một sự thay đổi vĩ mô, còn khi trao đổi năng lượng bằng nhiệt thì bao giờ cũng tồn tại sự chênh lệch về nhiệt độ

1.2.1 Nhiệt lượng và các phương pháp xác định

Khi cho hai vật thể có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau thì năng lượng

từ vật nóng sẽ truyền sang vật lạnh Phần năng lượng được truyền từ vật nóng sang vật lạnh mà không có mặt của công và không làm thay đổi điều kiện môi trường gọi là nhiệt Quy ước: nhiệt lượng mà vật nhận được là dương, nhiệt lượng vật thải ra là âm

Có nhiều phương pháp tính nhiệt lượng, thường gặp trong kỹ thuật nhiệt là phương pháp tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng và theo sự thay đổi entrôpi

1.2.1.1 Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng

Từ biểu thức định nghĩa về nhiệt dung riêng (1.22) ta có thể tính được nhiệt lượng cung cấp cho 1 kg khí trong quá trình bất kỳ :

dq = Cdt (1.43) Vậy nhiệt lượng tham gia vào một quá trình thay đổi trạng thái của một đơn vị môi chất làm nhiệt độ của nó thay đổi từ t1 đến t2 sẽ là :

=

2

1 12

2

1

t

t

Cdt dq

q (1.44) Tùy theo quan hệ giữa nhiệt dung riêng C và nhiệt độ t mà ta tính q12 :

Nếu coi nhiệt dung riêng là hằng số C = const, ta được :

q12 = C (t2 - t1) (1.45) Nếu coi nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ theo quan hệ bậc nhất C = a0 + a1t thì :