- 3 – Nhiệt lượng và công:. - Từ đó suy ra công của khí trên toàn bộ quá trình biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) là:. - Công và nhiệt luôn gắn với một quá trình biến đổi nhất định, ta nói công và nhiệt là hàm của quá trình. - Nguyên lý I Nhiệt Động Học có thể phát biểu dưới nhiều hình thức tương đương như cách phát biểu sau: 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 với bên ngoài trong quá trình biến đổi đó.. - Nhưng U là một hàm trạng thái, độ biến thiên của nó không phụ thuộc vào quá trình biến đổi mà chỉ phụ thuộc trạng thái đầu và cuối của quá trình, nên vi phân của nó là một vi phân toàn phần, ta viết dU. - Công và nhiệt là các hàm của quá trình, sự biến thiên của chúng phụ thuộc vào từng quá trình cụ thể, nên vi phân của chúng là những vi phân không hoàn chỉnh, ta viết δA, δQ (thay cho dA, dQ).. - a) Công và nhiệt sau một chu trình:. - Một quá trình biến đổi sao cho trạng thái đầu và cuối của hệ trùng nhau (các thông số trạng thái cuối và đầu tương ứng bằng nhau) thì đó là một quá trình kín hay còn gọi là chu trình.. - 3 – Ứng dụng nguyên lí I khảo sát định lượng các quá trình biến đổi:. - Do quá trình là đẳng áp nên dp = 0.. - Điều này có nghĩa, nhiệt lượng cung cấp cho cùng một khối khí để nhiệt độ của nó tăng lên một độ trong quá trình đẳng áp bao giờ cũng lớn hơn trong quá trình đẳng tích.. - c) Khảo sát quá trình biến đổi đẳng tích: V= const ⇒ δA. - d) Khảo sát quá trình biến đổi đẳng áp: p = const suy ra công trong quá trình đẳng. - Theo (8.10) và (8.6) suy ra, nhiệt lượng: Q p = ∆U – A = µ m 2. - e) Khảo sát quá trình biến đổi đẳng nhiệt: T = const ⇒ dU = µ m 2. - 1 m RT µ Do đó, công trong quá trình biến đổi đẳng nhiệt là:. - Vậy, quá trình đẳng nhiệt thì: A. - f) Khảo sát quá trình biến đổi đoạn nhiệt: δQ = 0. - Bây giờ, để tính công trong quá trình biến đổi đoạn nhiệt từ trạng thái (1) đến trạng thái (2), ta dựa vào (8.24): pV γ = p 1 V 1 γ , suy ra: γ. - γ Vậy, công trong quá trình biến đổi đoạn nhiệt là:. - Hạn chế thứ hai của nguyên lý I là không nói rõ chiều diễn biến trong các quá trình. - 3 – Quá trình thuận nghịch và qúa trình không thuận nghịch:. - Một quá trình biến đổi của hệ nhiệt động từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) 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 (qúa trình thuận). - Trái lại là quá trình bất thuận nghịch.. - Do đó, tổng công sau khi thực hiện quá trình thuận và quá trình ngược là A = 0. - Mà sau khi thực hiện quá trình thuận và quá trình ngược thì hệ trở về trạng thái ban đầu nên nội năng của hệ không đổi ⇒ dU = 0 ⇒ Q = 0.. - Vậy, đối với qúa trình thuận nghịch thì sau khi thực hiện quá trình thuận và quá trình ngược môi trường không bị thay đổi.. - Quá trình thận nghịch là quá trình lý tưởng (thực tế không xảy ra). - Tuy nhiên, kết qủa nghiên cứu đối với quá trình thuận nghịch sẽ được suy rộng cho qúa trình bất thuận nghịch.. - Khi động cơ hoạt động, nguồn nóng T 1 truyền cho chất môi một nhiệt lượng Q 1 . - 0 vì là nhiệt lượng khí cung cấp ra bên ngoài.. - Đa số các động cơ nhiệt hoạt động tuần hoàn theo những chu trình. - Chu trình có lợi nhất (lí tưởng) là chu trình Carnot (do Sadi Carnot, kỹ sư người Pháp, đưa ra năm 1824). - Đây là một chu trình thuận nghịch.. - Chu trình Carnot: Gồm 4 quá trình liên. - Quá trình biến đổi đẳng nhiệt: Hệ nhận của nguồn nóng T 1 một nhiệt lượng Q 1 để giãn khí từ trạng thái (1) đến trạng thái (2), đồng thời cung cấp. - Quá trình giãn khí đoạn nhiệt:. - Quá trình nén khí đẳng nhiệt:. - Hệ nhận công A 3 , nén khí từ trạng thái (3) về (4) và trả cho nguồn lạnh T 2 một nhiệt lượng Q 2. - Quá trình nén khí đoạn nhiệt:. - khí từ trạng thái (4) về trạng thái đầu (1).. - Đối với chu trình Carnot, kết hợp (8.24) và phương trình trạng thái khí lí tưởng trong các giai đoạn đẳng nhiệt, ta chứng minh được:. - V = (8.29) Hình 8.4: Chu trình Carnot (thuận). - (8.29) gọi là điều kiện khép kín của chu trình Carnot.. - Hiệu suất của các động cơ nhiệt chạy theo chu trình không thuận nghịch thì luôn nhỏ hơn hiệu suất của động cơ nhiệt chạy theo chu trình thuận nghịch.. - Hiệu suất của động cơ nhiệt chạy theo chu trình Carnot không phụ thuộc vào tác nhân, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của các nguồn nhiệt theo biểu thức:. - Thật vậy, công của khí sau một chu trình: A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41. - Vậy hiệu suất của động cơ nhiệt chạy theo chu trình Carnot là:. - ngoài ra phải giảm bớt các mất mát về nhiệt để nó chạy theo chu trình gần với chu trình thuận nghịch.. - Máy làm lạnh cũng làm việc tuần hoàn, tuân theo một chu trình nhất định.. - Chu trình có lợi nhất là chu trình Carnot nghịch. - Ở động cơ nhiệt, ta có chu trình Carnot thuận. - bây giờ ta cho chu trình ấy chạy theo chiều ngược lại thì ta có chu trình Carnot nghịch. - Đây chính là chu trình làm việc của máy lạnh. - Hệ nhận công A 1 để nén khí đoạn nhiệt từ trạng thái (1) sang trạng thái (2).. - Hệ tiếp tục nhận công A 2 để nén khí đẳng nhiệt từ trạng thái (2) sang trạng thái (3), đồng thời trả cho nguồn nóng nhiệt lượng Q 1. - Giãn khí đoạn nhiệt từ trạng thái (3) sang trạng thái (4).. - Giãn khí đẳng nhiệt từ trạng thái (4) sang trạng thái (1), đồng thời nhận của nguồn lạnh nhiệt lượng Q 2 kết thúc một chu trình.. - Đối với máy làm lạnh chạy theo chu trình Carnot, tương tự, ta cũng chứng minh được hệ số làm lạnh của máy không phụ thuộc vào tác nhân, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh: ε. - Vậy: máy nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot là một máy thuận nghịch.. - Hình 8.6: Chu trình Carnot nghịch. - Q là nhiệt lượng rút gọn, ta có. - i (8.33) Vậy, một động cơ nhiệt chạy theo chu trình Carnot thuận nghịch thì tổng nhiệt lượng rút gọn trong một chu trình sẽ bằng không.. - Tổng quát đối với một chu trình bất kì, ta có thể coi hệ tiếp xúc với vô số nguồn nhiệt có nhiệt độ T biến thiên liên tục. - mỗi qúa trình tiếp xúc với một nguồn nhiệt là một quá trình vi phân, hệ nhận nhiệt δ Q . - Tổng nhiệt lượng rút gọn trong một chu trình biến đổi bất kì của một hệ nhiệt động không thể lớn hơn không.. - ứng với chu trình thuận nghịch.. - Xét quá trình biến đổi thuận nghịch của một hệ nhiệt động từ trạng thái đầu A sang trạng cuối B theo nhiều đường khác nhau, giả sử đường A-a-B và đường A-b-B (hình 8.7).. - trạng thái cuối B về trạng thái đầu A. - Đối với chu trình (A-a-B-c-A), ta có:. - Đối với chu trình (A-b-B-c-A), ta có:. - Hệ thức (8.36) chứng tỏ tổng nhiệt lượng rút gọn của hệ trong quá trình biến đổi thuận nghịch từ trạng thái này sang trạng thái kia không phụ thuộc vào đường biến đổi hay quá trình biến đổi, mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối. - Đó là tính chất THẾ của các quá trình nhiệt động. - Entropy là hàm đặc trưng cho trạng thái của hệ, không phụ thuộc vào quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái này sang trạng thái khác. - qui ước S o = 0 tại trạng thái T = 0 (K). - Xét một chu trình bất thuận nghịch gồm hai quá trình biến đổi (biểu diễn trên sơ đồ hình 8.8): quá trình A – a – B là quá trình bất thuận nghịch, quá trình B – b – A là quá trình thuận nghịch. - Chia tích phân kín này thành tổng hai tích phân theo hai quá trình:. - Vì quá trình (B – b – A) là quá trình thuận nghịch, nên khi tiến hành theo chiều ngược. - Mà quá trình (A – b – B) là thuận nghịch, nên theo (8.37), ta có:. - Tổng nhiệt lượng rút gọn trong quá trình biến đổi bất thuận nghịch luôn nhỏ hơn độ biến thiên entropy.. - Kết hợp (8.39) và (8.37) suy ra, đối với một quá trình biến đổi bất kì thì:. - ứng với quá trình thuận nghịch.. - Với quá trình thuận nghịch: ∆S = 0 ⇒ Entropy của hệ không đổi.. - Thực tế, các quá trình nhiệt động đều không thuận nghịch nên ∆S >. - Ta có nguyên lý tăng entropy: “Trên thực tế, mọi quá trình nhiệt động xảy ra trong một hệ cô lập luôn theo chiều hướng sao cho entropy của hệ tăng lên”.. - Khi hệ ở trạng thái cân bằng, sẽ kết thúc mọi quá trình biến đổi. - Tính công của khí sinh ra và nhiệt lượng mà khí đã trao đổi với bên ngoài trong quá trình đó.. - 8.3 Một động cơ nhiệt nhận của nguồn nóng 52 kcal và trả cho nguồn lạnh 36 kcal nhiệt lượng trong mỗi chu trình. - 8.4 Một động cơ đốt trong thực hiện 95 chu trình trong mỗi giây. - Hãy tính xem trong mỗi chu trình thì công của khí sinh ra là bao nhiêu? (coi 1hP = 736W).. - 8.5 Một máy nhiệt lý tưởng làm việc theo chu trình Carnot có nguồn nóng ở 117 o C, nguồn lạnh ở 27 o C. - Máy nhận của nguồn nóng một nhiệt lượng 6300 J trong mỗi giây. - 8.6 Một động cơ nhiệt lý tưởng làm việc theo chu trình Carnot, nhả cho nguồn lạnh 80% nhiệt lượng mà nó thu được từ nguồn nóng. - Tính công mà động cơ sinh ra trong một chu trình, nếu nhiệt lượng thu vào từ nguồn nóng trong một chu trình là 1,5 kcal (1cal = 0,24J).. - 8.7 Một động cơ đốt trong thực hiện 120 chu trình trong mỗi phút. - Hãy tính xem trong mỗi chu trình thì nhiệt lượng nhận được từ khí nóng là bao nhiêu? nhiệt lượng thải ra ngoài là bao nhiêu?. - Thời gian thực hiện một chu trình là 2 giây. - 8.10 Một lượng khí thực hiện chu trình biến đổi như đồ thị hình 8.9. - mỗi chu trình biến đổi.. - b) Tính áp suất khí ở trạng thái (1);
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt