TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 1. Công 2hiệ l 2 . N hiệ t l ượng 3. Nhiệt dung riêng 4. Định luật nhiệt động thứ nhất 1 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân 5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Dạng năng lượng cơ bản tham gia vào quá trình nhiệt động: - Công Nhiệtlượng - Nhiệt lượng Công và nhiệtlượng trao đổi giữa chấtmôigiới v à môi trườn g tr ạ n g thái củach ấ tmôi g ạ g giớibị thay đổi 2 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 1. Côn g là g ì? gg - Công W được xem là tích số giữa lực F và đoạn đường dịch chuyển dx theo chiều tác động của lực.   2 1 dxFW Trong hệ thống nhiệt động: công là lượng năng lượng đi qua bề mặt ranh giới có khả năng nâng cao một vật nào đó mNJJoule   )( Power J  3 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân )( sec W Wat t J W    Example of work crossing the boundary of a system. Example of work crossing the boundary of a system Example of work crossing the boundary of a system TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  Công giãn nở hay công nén trong hệ kín d x P 1 (b) (a) d x Piston 1' 2' v 2 (a) A: diện tích piston A: diện tích piston p: áp suất của chất môi giới V: thể tích chất môi giới Wtt = diện tích (122’1’) Lực tác động lên bề mặt piston: F = p.A Công tạo nên khi piston dịch chuyển một đoạn dx: dV. p dx.A. p dx.FW tt      2 V dV W 5 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân   1 V tt dV . p W TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Biểudiễntrênđồ thị p - v P 1 (b)  2 V Biểu diễn trên đồ thị p - v 1 ' 2 ' 2 (b) (a)   2 1 V V tt dV. p W 1 2 v Wtt = diện tích (122’1’) Nhận xét : Do áp suất tuyệt đối p luôn luôn dương, nên : dv > 0  W > 0 : hệ dãn nở thì sinh công. dv < 0  W < 0 : h ệ nén é p thì nh ậ n côn g . ệ p ậ g Từ cách biểu diễn công dãn nở trên đồ thị pv, nếu tiến hành các quá trình khác nhau nhưng có cùng điểm đầu 1 và điểm cuối 2 thì công sinh ra sẽ không giống nhau. Rõ ràng côn g dãn nở p h ụ thu ộ c vào q uá trình. Điều nà y chứn g minh cho l ập lu ậ n côn g là hàm của 6 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân g p ụ ộ q y g ập ậ g quá trình. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  Công trong hệ thống hở - Công lưu động Công sinh ra do môi chất chuyển động khi áp suất thay đổi ố G: lưu lượng kh ố i lượng F : lưu lượng thể tích v: thể tích riêng F: diện tích tiết diện ngang  :vận tốc dòng khí Công lưu động trong trường hợp chất khí di chuyển trong các ống thỏa các điều kiện sau: •Chất khí lưu động liên tục và ổn định. • Tiếtdiện ngang của ống thay đổimột cách liên tục. Tiết diện ngang của ống thay đổi một cách liên tục. • Các thông số trạng thái của chất khí trên cùng một tiết diện ngang là như nhau. const F G  7 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân const v G   TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Xét 2 tiết diện (I) và (II) rất gần nhau ầ Xét công lưu động mà ph ầ n khí giơí hạn giữa chúng sinh ra: Phần công khối khí phải tao ra để đẩy khối khí phía sau nó : (p + dp).(F + dF).(  + d) Phần công mà nó nhận được từ khối khí phía trước nó : pF Vậynóđãnhận đượcmột công Vậy nó đã nhận được một công dW lđ = (p + dp).(F + dF).(  + d) - pF Bỏ qua các vi phân cấp hai và cấp ba, ta có dW lđ = d(pF  ) = d(pGv) dW lđ = G.d(pv) Nếu xét cho một đơn vị khối lượng dw lđ = d(pv) Vậy trong một quá trình 1  2 nào đó thì 8 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân w lđ = p 2 v 2 –p 1 v 1 . TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Công kỹ thuật Trong các máy móc thiếtbị, khi môi chất tạora đượcmột công dãn nở thì nó phảitiêutốnmột công lưu động và lượng công còn lại để chúng ó hể ử d đ i là ô kỹ h ậ ta c ó t hể s ử d ụng đ ượcgọ i là c ô ng kỹ t h u ậ t. dw kt = dw – dw ld = pdv – d(pv) pdv d(pv) = pdv – pdv – vdp  2 p biểu diễn quá trình này trên đồ thị pv: w =diện tích (122’’1’’) dw kt = – vdp    1 p kt vdpw Nhận xét : w kt = diện tích (122’’1’’) Tượng tự, công kỹ thuật cũng phụ thuộc vào quá trình. Dấu của w kt trái với dấu của dp  d p < 0  w kt > 0 : khi dã n n ở (áp suấ t g i ả m ) thì s inh cô n g k ỹ th uậ t . 9 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân d p 0 w kt 0 :dãở (áp suấ g ả )scôgỹ uậ . d p > 0  w kt < 0 : khi nén ép (áp suất tăng) thì nhận công kỹ thuật. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM 2. Nhi ệ t lư ợ n g là g ì? ệ ợ gg -Nhiệt lượng là lượng năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữachất môi giớivàmôitrường có sự chênh ranh giới khi giữa chất môi giới và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ. - Là một hàm quá trình    2 Q Q Là một hàm quá trình Q: cho G kg chất môi giới    1 21 Q Q Q: cho G kg chất môi giới q: cho 1kg chất môi giới Ta qui ước : ế Q > 0 : n ế u đó là nhiệt do hệ nhận vào. Q < 0 : nếu bản thân hệ tỏa nhiệt. Đơn v ị : Joule ( J ) 10 Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân ị () Các loại trao đổi nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ [...]... cho KLT có thêm các dạng sau dq = Cv.dT + pdv dq = Cp.dT – vdp Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân 22 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Một số quá trình nhiệt độ cơ bản của khí lý tưởng ố á t ì h hiệt động ơ bả ủ t ở Mục đích việc khảo sát phần này nhằm: - Tìm quy luật của quá trình, thể hiện bằng các phương trình quá trình - Tìm quan hệ ràng buộc giữa các thông số của quá trình - Tí h các kết quả về... 27 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM C c quá Các qu trình đặc biệt: Phương trình của QTĐB pvn = const hay p n v  const bệ: 1 Quá trình đẳng áp Khi n = 0, ta có p = const, đây là quá trình đẳng áp , , y q g p Phương trình : p = const Quan hệ giữa các thông số : v 2 T2  v1 T1 Công thay đổi thể tích : w12 = p(v2 – v1), J/kg Công kỹ thuật : wkt12 = 0 Nhiệt của quá trình : Qp = Gqp = Gcp(t2 – t1), J Biến... và nhiệt độ của chất khí - Ở KLT, k chỉ phụ thuộc bản chất (cấu tạo phân tử) của chất khí 16 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  Bảng số liệu giá trị thực nghiệm Bảng NDR kmol của một số loại chất khí (kcal/kmol.độ) ố ấ Khí lý tưởng (µc)p, kcal/kmol.độ (µc)v, kcal/kmol.độ k Loại có 1 nguyên tử 5 3 1,6 16 Loại có 2 nguyên tử 7 5 1,4 Loại có 3 nguyên tử 9 7 1,3 13 Bảng... giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Quá trình đoạn nhiệt Khi n = k, ta có Cn  Cv nk n 1  Cn = 0 Nghĩa là dq = Cn.dT = 0, đây là quá trình đoạn nhiệt Vậy quá trình đoạn nhiệt tương ứng với QTĐB có n = k; k Cp Cv k: số mũ đoạn nhiệt) Phương trình của quá trình đoạn nhiệt là pvk = const Quan hệ giữa các thông số : p 2  v1    p1  v 2    k T2  p 2    T1  p1  ... Theo quá trình thay đổi nhiệt độ của môi chất - NDR đẳng áp Cp: khi quá trình thay đổi nhiệt độ là đẳng áp áp, áp Cp, C’p, Cp - NDR đẳng tích, Cv: khi quá trình thay đổi nhiệt độ là đẳng tích Cv, C’v, Cv 15 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM * NDR đẳng áp và NDR đẳng tích quan hệ như sau : Cp Cv k Với k: hệ số đoạn nhiệt - Ở khí thực, giá trị k phụ thuộc vào bản. .. kết quả về mặt năng l Tính á kế ả ề ặ ă lượng khi quá trình xảy ra á ì h ả Chú ý: chỉ khảo sát chất môi giới là KLT, các quá trình đều là cân bằng và đều có tính thuận nghịch 23 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Qúa trình đa biến Cn = const Xác định nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng dq = Cn.dT Từ PT nhiệt động thứ nhất đối với KLT dq = Cp.dT – vdp dq = Cv.dT + pdv... nguyên tử 9 7 1,3 13 Bảng NDR kmol của một số loại chất khí (kJ/kmol.độ) Khí lý tưởng (µc)p, kJ/kmol.độ (µc)v, kJ/kmol.độ k Loại có 1 nguyên tử 20,9 12,6 1,6 Loại có 2 nguyên tử 29,3 20,9 1,4 Loại có 3 nguyên tử 37,7 29,3 1,3 Nhóm 1 nguyên tử: gồm các khí như Ar, Ne, He,… Nhóm 2 nguyên tử: gồm các kh như O2, N2, H2, CO, Không kh h ồ khí h h khí, … Nhóm 3 nguyên tử: gồm các khí như CO2, SO2, CH4, C2H2, C2H4,…... Tp.HCM Nhiệt dung riêng của hỗn hợp? - Nhiệt lượng dùng để làm cho toàn bộ hỗn hợp biến đổi 1 độ bằng tổng nhiệt lượng dùng để làm cho mỗi thành phần biến đổi 1 độ n C v  g1C v1  g 2 C v 2   g n C vn   g i C vi i 1 n C p  g1C p1  g 2 C p 2   g n C pn   g i C pi i 1 1 n C hh   g i Ci i 1 18 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Định luật nhiệt động thứ nhất. .. phương trình cân bằng: g g Q = (U2 – U1) + W Nếu xét trong một quá trình vô cùng nhỏ, ta có : dQ = dU + dW Hoặc xét cho 1 kg chất môi giới trong 1 quá trình vô cùng nhỏ : dq = du + dw 20 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Xét định luật nhiệt động 1 trong hệ kín ị ậ ệ ộ g g ệ Do không có trao đổi về chất giữa hệ và môi trường: dwn = dw = pdv Do đó, với hệ kín phương trình. .. tính nhiệt lượng Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entropy δq = Tds Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ δq = Cdt 13 Cán bộ giảng dạy: Ths Phan Thành Nhân TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM  Nhiệt dung riêng ệ g g δq = Cdt Trong đó : δq : nhiệt lượng trao đổi giữa chất môi giới và môi trường dt : lượng thay đổi nhiệt độ của chất môi giới ổ ấ Rõ ràng dq và dt tỷ lệ qua hệ số C, được gọi là nhiệt . Tp.HCM CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 1. Công 2hiệ l 2 . N hiệ t l ượng 3. Nhiệt dung riêng 4. Định luật nhiệt động thứ nhất 1 Cán. Nhân 5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM Dạng năng lượng cơ bản tham gia vào quá trình nhiệt động: - Công Nhiệtlượng - Nhiệt lượng Công và nhiệtlượng. 22,4.C’ Theo quá trình thay đổi nhiệt độ của môi chất - NDR đẳng áp C : khi quá trình thay đổi nhiệt độ là đẳng áp - NDR đẳng áp , C p : khi quá trình thay đổi nhiệt độ là