Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật - Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai cung cấp cho người học các kiến thức: Hạn chế của định luật 1 và sự ra đời của định luật 2, chu trình nhiệt động. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1MÔN HỌC:
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT
Trang 2CHƯƠNG 3:
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Trang 31 HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2
Định luật nhiệt động thứ nhất đã chỉ ra rằng: 2 dạng năng lượng cơ bản là nhiệt lượng và công có thể biến đổi qua lại lẫn nhau
Nhưng định luật này không chỉ rõ được:
Chiều hướng diễn biến của quá trình
Điều kiện cần và đủ để quá trình xảy ra
Mức độ biến hóa năng lượng của quá trình
Và trong thực tế: công có thể biến đổi hoàn toàn thành nhiệt lượng nhưng nhiệt lượng không thể biến đổi
Trang 4Chương 3 Tổng quát
1 HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2 (tt)
Từ nghiên cứu thực tiễn các nhà khoa học đã tìm ra một số quy luật và gọi nó là định luật nhiệt động thứ 2
Định luật nhiệt động thứ 2 chỉ ra được:
Chiều hướng diễn biến của quá trình
Thiết lập giới hạn tối đa của sự biến hóa năng lượng của quá trình
Điều kiện để thực hiện các quá trình xảy ra ngược với chiều tự nhiên
Trang 52 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Tất cả các loại động
cơ nhiệt: động cơ
đốt trong, tuabin hơi, tuabin khí, …
Tất cả các loại máy lạnh và bơm nhiệt
Trang 6Chu trình thuận chiều
p
v
1 4
3
2
q2
q1
sinh coâng
T
s
3
4 2
1
q1
q2
sinh coâng
Hiệu suất nhiệt:
1 q
w
1
2 1
2 1
q
q 1
q
q q
Trang 7Phát biểu Kelvin-Planck
Không thể có bất kỳ
một động cơ nhiệt nào
có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành
ra công
Không thể có bất kỳ một động
cơ nhiệt nào có hiệu suất là 100%
Vậy với chu trình thuận chiều:
2 1
2
q
Trang 8Chu trình ngƣợc chiều
Chu trình bơm nhiệt
q2
nhận công
2 3
nhận công
q1
q2
v
p
Hệ số làm lạnh:
Hệ số làm nĩng:
w
q q
q
1 2
1
w
q q
q
1 2
Trang 9Phát biểu Clausius
Không thể có bất kỳ một
máy lạnh hay bơm nhiệt nào
có thể vận chuyển nhiệt
lượng từ nơi có nhiệt độ thấp
đến nơi có nhiệt độ cao mà
không tiêu tốn năng lượng
Hệ số làm lạnh của máy lạnh (hay hệ số làm nóng của bơm nhiệt) là một giá trị xác định, không thể nào tiến tới vô cùng Vậy với chu trình ngược chiều:
1 2
1
q
Trang 10Chương 3 Chu trình Carnot
Chu trình Carnot thuận chiều
1
2 p
V
2
1
TN
T
TN = co
nst
TL = co
nst
q = 0
q = 0
q1
q2 3
4
q2
q1
3 4
Chu trình Carnot thuận chiều
TL
N
L
N C
T
T
Hiệu suất của chu trình:
Trang 11Chu trình Carnot ngƣợc chiều
1
2
V
2
1
TN
T
TN = const
TL = const q = 0
q = 0
q1
q2
3 4
q2
q1
3 4
Chu trình Carnot ngược chiều
TL
Hệ số làm lạnh của chu trình:
L N
L C
T T
T
Trang 12Ý nghĩa của chu trình Carnot
So sánh chu trình Carnot và chu trình tuabin khí
Tmin
T max
T
6 5
4 q2c
s
3
2 1
q1
A
q1c
B
C
- Chu trình Carnot:
- Chu trình tuabin khí:
AB 65 A
dt
D 65 DC
dt 1
q
q 1
1
2
12651
dt
43654
dt 1
q
q 1
c 1
c
2
c
Trang 13Ý nghĩa của chu trình Carnot
động tiến hành ở cùng điều kiện
nhiệt độ cực đại Tmax và nhiệt độ cực tiểu Tmin, chu trình CARNOT
luôn có hiệu suất cao nhất
mốc để đánh giá mức độ hoàn thiện của các chu trình trong thực tế.
Trang 14VD 3.1
Một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot với nhiệt độ nguồn lạnh là 350C, nhiệt độ nguồn nóng
là 6000C Năng suất nhiệt cần cung cấp là 1000 kW Xác định:
1 Công suất sinh ra của chu trình (HP) Trong thực tế công suất này lớn hơn hay nhỏ hơn
2 Năng suất nhả nhiệt của chu trình
ĐS:
1 W = 647,19 kW = 867,9 HP
2 Q2 = 352,81 kW
Trang 15VD 3.2
Một chu trình máy lạnh hoạt động giữa nhiệt độ nguồn lạnh là – 100C và nhiệt độ nguồn nóng là 370C, năng suất lạnh là 100 kW Xác định:
1 Hệ số làm lạnh lớn nhất của chu trình
2 Công nén cần cung cấp (HP)
3 Năng suất nhả nhiệt của chu trình
ĐS:
1 W = 17,87 kW = 23,96 HP
2 Q2 = 117,87 kW
Trang 16VD 3.3
Một máy lạnh làm việc theo chu trình Carnot tiêu thụ công suất 10 kW Nhiệt độ nguồn lạnh là 70C và nhiệt
độ nguồn nóng là 270C Xác định nhiệt lượng lấy được của nguồn lạnh trong một giây?
ĐS:
Q1 = 140 kJ
Trang 17Hết chương 3