NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CÁC HỆ THỐNG SỐNG docx

CHƯƠNG VI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CÁC HỆ THỐNG SỐNG Mục tiêu  Nắm được nội dung, ý nghĩa của nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thư hai nhiệt động lực học.  Vận dụng các nguyên lý để nghiên cứu các quá trình cân bằng, chiều diễn biến của một quá trình trong một hệ.  Aùp dụng các nguyên lý thứ nhất và thứ hai nhiệt động lực học đối với hệ thống sống. Nội dung  MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN  NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NĐLH  ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NĐLH - NHIỆT DUNG RIÊNG  NGUYÊN LÝ THỨ HAI NĐLH – ENTROPY  CÁC NGUYÊN LÝ NĐLH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG SỐNG I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Hệ nhiệt động (gọi tắt là hệ) Là một vật thể hay một tập hợp số lớn các phần tử vật chất được giới hạn trong một khoảng không gian xác định và thường được tưởng tượng là tách biệt với môi trường xung quanh  Hệ cô lập: Hệ không trao đổi vật chất lẫn năng lượng với môi trường xung quanh.  Hệ kín (đóng): Hệ chỉ trao đổi năng lượng mà không trao đổi vật chất với môi trường xung quanh.( khối lượng của hệ không đổi.)  Hệ mở: Hệ trao đổi vật chất lẫn năng lượng với môi trường xung quanh. 2. Nội năng U Nội năng là một đại lượng đặc trưng có mức độ vận động của vật chất bên trong hệ đó . Năng lượng của hệ gồm: W = W đ + W t + U động năng thế năng nội năng của hệ. Nhiệt động lực học : W đ = W t = 0 ⇒ W = U là hàm của trạng thái 3. Công và nhiệt lượng (gọi tắt là nhiệt) - Công: dạng truyền năng lượng làm thay đổi mức độ chuyển động có trật tự của toàn bộ hệ hay một phần của hệ (Ví dụ: khí giãn nở trong xylanh đẩy pittông chuyển động ) - Nhiệt: dạng truyền năng lượng trực tiếp giữa các phân tử chuyển động hỗn loạn của hệ ( đun nóng vật ,vận tốc các phân tử gia tăng len ) - Công và nhiệt đều là hàm của quá trình và có thể thể chuyển hóa lẫn nhau I. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1. Phát biểu: Nhiệt lượng mà hệ nhận được trong quá trình biến đổi bằng tổng công mà hệ sinh ra và độ biến thiên nôi năng của hệ trong quá trình biến đổi đó. Q = ∆ U + A , ∆ U = U 2 – U 1 Trong một biến đổi vô cùng nhỏ, biểu thức được viết lại là: δ Q = dU + δ A Quy ước: + Nếu A > 0 hệ sinh công, A < 0 hệ nhận công + Nếu Q > 0 hệ nhận nhiệt, Q < 0 hệ tỏa nhiệt. + Nếu ∆ U > 0 nội năng của hệ tăng, ∆ U < 0 nội năng của hệ giảm. 2. Hệ quả - Chu trình ( quá trình kín): U 2 = U 1 → ∆U = 0 Q = A ( nguyên lý I) Hệ nhân công (A < 0 ), hệ sẽ tỏa nhiệt (Q <0 ) (nguyên tắc của máy làm lạnh).Ngược lại, hệ sinh công, hệ phải nhận nhiệt lượng (nguyên tắc của động cơ nổ, máy hơi nước…)một lượng tương ứng Ý nghĩa : “Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại 1”. - Hệ cô lập : A = Q = 0 ∆U = 0 hay U 2 = U 1 ( nguyên lý I) Nghĩa là “ nội năng của một hệ cô lập được bảo toàn” - Nếu hệ cô lập gồm 2 vật chỉ trao đổi nhiệt với nhau: Q = Q 1 + Q 2 = 0 → Q 1 = - Q 2 Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia nhận được. III. ỨNG DỤNG CỦA NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC – NHIỆT DUNG RIÊNG 1. Trạng thái cân bằng và quá trình cân bằng + Trạng thái cân bằng : là trạng thái mà hệ không biến đổi theo thời gian ( mọi thông số trạng thái ở đó là hoàn toàn xác định) và nếu không có tác dụng bên ngoài thì trạng thái đó sẽ tồn tại mãi mãi. + Quá trình cân bằng: Là quá trình biến đổi gồm một chuỗi liên tiếp các trạng thái cân bằng Thực tế: quá trình vô cùng chậm ⇔ cân bằng ( chuẩn cân bằng) 2. Công mà hệ sinh ra trong một quá trình cân bằng: Áp lực chất khí = tải trọng  Quá trình đủ chậm = quá trình cân bằng. Lấy từ từ ít viên đạn chì ra: Pittông dịch chuyển lên một đoạn dx với lực đẩy F . + Công mà khí sinh ra trong quá trình là: δ A = F dx δ A = (pS) dx , S.dx = dV ⇔ δ A = p.dV + Quá trình từ trạng thái (1) (2):⇒ , p ~ V + Nếu p = const ⇒ A = p (V 2 – V 1 ) ∫ ∫ =δ= 2 1 V V dV.pAA [...]... nghịch gồm hai q trình đẳng nhiệt và hai q trình đoạn nhiệt xen kẽ nhau - Thực hiện dưới hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khơng đổi T1 và T2 < T1 - tác nhân là khí lý tưởng 1 Mơ tả (Chu trình thuận ) c b b a c d d a T1 Q trình dãn đẳng nhiệt ab Cách nhiệt Q trình dãn đoạn nhiệt bc T Q trình nén đẳng nhiệt cd Cách nhiệt Q trình nén đoạn nhiệt da -2 Hiệu suất p a -Dãn đẳng nhiệt T1 : Nhận nhiệt Q1 Q1 = Qab = +... Kmol o K ( là nhiệt lượng mà 1 kmol chất khí nhận được để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ) Vậy: m δQ = CdT µ -n nhiệt (nhiệt chuyển pha) L: Là nhiệt lượng cần thiết để một đơn vị khối lượng một chất thay đổi trạng thái hồn tồn Vậy nhiệt lượng Q cần thiết để thay đổi trạng thái của một khối lượng m là: Q = mL - Nhiệt độ chuyển pha : Nhiệt độ tại đó, hệ thay đổi trạng thái -n nhiệt và nhiệt độ chuyển... giờ cũng có sự tỏa nhiệt do ma sát…đều là q trình bất thuận nghịch( Q trình khuyếch tán, dẫn nhiệt , ) 3 Ngun lý thứ hai của nhiệt động lực học: ( Định tính ) a Phát biểu của Planck: ùKhơng thể chế tạo được một động cơ thực hiện một chu trình biến đổi để sinh cơng mà chỉ nhận nhiệt lượng từ nguồn nhiệt duy nhất” Ýù nghĩa : phủ định loại động cơ chỉ nhận nhiệt lượng từ một nguồn nhiệt duy nhất mà vẫn... A=+S>0 v 3 Nhiệt lượng mà q trình nhận được trong q trình cân bằng – Nhiệt dung: Nhiệt lượng δQ mà hệ nhận được trong q trình cân bằng δQ = mc dT (J ) m (kg) : khối lượng hệ dT :độ biến thiên nhiệt độ δQ - Nhiệt dung riêng ( nhiệt lượng cần thiết để một m , dT đơn vị khối lượng (kg) của hệ nhận được để đưa nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ ) T2 ,c~T Q = ∫ mcdT c= T 1 Nếu c = const ⇒ Q = mc (T2 − T1 ) - Nhiệt. .. nguồn nóng sang nguồn lạnh hơn, còn nếu có một động cơ có thể truyền nhiệt lượng từ nguồn lạnh sang nguồn nóng thì nó cần phải cung cấp cơng từ bên ngồi c Động cơ chuyển vận với hai nguồn nhiệt: - Động cơ nhiệt: là loại máy biến nhiệt lượng thành cơng Hiệu suất - Q1 − Q 2 Q2 A η= = =1 − 1 T1 T1 |Q1| |Q1| A=... 2,3 KJ IV NGUN LÝ THỨ HAI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Những hạn chế của ngun lý thứ nhất nhiệt động lực học - Chiều diễn biến của q trình : Nóng → lạnh → Nóng - Khả năng xảy ra : Cơng → Nhiệt → Cơng (khơng hồn tồn) 1 2 Q trình thuận nghịch – q trình bất thuận nghịch: - Q trình thuận nghịch :Một q trình biến đổi được gọi là q trình thuận nghịch, khi q trình biến đổi ngược lại, hệ đi qua các trạng thái trung gian... vẫn sinh cơng liên tục, gọi là Động cơ vĩnh cửu loại 2” Thực tế, động cơ nhận nhiệt lượng Q1 của nguồn nhiệt T1 ,phải nhả nhiệt lượng Q2 cho nguồn nhiệt T2 Sinh cơng : A = Q1- Q2 Hiệu suất : η = A = Q1 − Q 2 = 1 − Q 2 < 1 Q1 Q1 Q1 b Phát biểu của Claussius Nhiệt lượng khơng thể tự nó truyền từ nguồn lạnh sang nguồn nóng hơn” Ý nghĩa : nhiệt lượng chỉ truyền một cách tự nhiên từ nguồn nóng sang... ≤ ηc Dấu (=) : chu trình thuận nghòch Dấu ( . CHƯƠNG VI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CÁC HỆ THỐNG SỐNG Mục tiêu  Nắm được nội dung, ý nghĩa của nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thư hai nhiệt động lực học.  . ENTROPY  CÁC NGUYÊN LÝ NĐLH ÁP DỤNG CHO HỆ THỐNG SỐNG I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Hệ nhiệt động (gọi tắt là hệ) Là một vật thể hay một tập hợp số lớn các