Khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học

Chương 1 Khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học1.1 Khái niệm về nhiệt động lực học và các ứng dụng Lĩnh vực nghiên cứu: Môn học nghiên cứu sự chuyển hóa năng lượng chủyếu giữa nhiệt lư

Chương 1 Khái niệm cơ bản về nhiệt động lực học1.1 Khái niệm về nhiệt động lực học và các ứng dụng

 Lĩnh vực nghiên cứu:

Môn học nghiên cứu sự chuyển hóa năng lượng chủyếu giữa nhiệt lượng và công xoay quanh đại lượng

vật lý trung tâm là nhiệt độ

 Đối tượng nghiên cứu:

Đó là sự biến đổi trạng thái của môi chất làm việc

trong hệ thống nhiệt động

 Mục đích:

Xác định được giá trị trao đổi giữa nhiệt lượng vàcông trong một quá trình đồng thời nâng cao hiệu quảchuyển hoá năng lượng

 Nền tảng của môn học:

• Định luật nhiệt động thứ hai

• Định luật nhiệt động thứ nhất

1.2 Hệ thống nhiệt động

• Hệ thống nhiệt động:

• Môi trường: Tất cả những đối tượng còn lại không liên quan đến hệ thống nhiệt động.

• Bề mặt ranh giới: Là giới hạn ngăn cách giữa hệthống và môi trường

1.2.1 Hệ kín

1.2.2 Hệ hở

1.2.3 Hệ đoạn nhiệt: Là hệ không trao đổi nhiệt với môi trường

1.2.4 Hệ cô lập: Là hệ không trao đổi cả nhiệt

và công với môi trường.

1.3 Nguồn nhiệt: Là thiết bị trao đổi nhiệt trực tiếp với môi chất.

1.4 Chất môi giới hay môi chất (môi chất làm việc): Là một chất trung gian nhằm mục đích truyền tải nhiệt.

1.5 Trạng thái và trạng thái cân bằng

1.6 Quá trình và chu trình

 Quá trình: Là sự biến đổi liên tục của các thông sốtrạng thái từ trạng thái cân bằng này đến một trạng thái cân bằng khác

 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

 Chu trình: Là một quá trình khép kín;

 Chu trình thuận nghịch: Là chu trình bao gồm các quátrình thuận nghịch;

1.7 Đơn vị đo lường

1.8 Thông số trạng thái

1.8.1 Khái niệm thông số trạng thái

1.8.2 Nhiệt độ

 Khái niệm

- Đặc trưng cho tính nóng lạnh của vật

- Đặc trưng cho tốc độ chuyển động của các phân tử

 Thang đo nhiệt độ bách phân (Cencius): o C

 Thang đo nhiệt độ

-Trạng thái nước đá đang tan ở p=760mmHg: 0oC

-Trạng thái nước sôi ở p=760mmHg: 100oC

Chia thang đo ra 100 phần bằng nhau thì tương ứng với 1/100 = 1oC

 Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (Kelvil): o K

2 m

T

3k





   

   

   

  F 1 , 8 t   C 32 t

67 , 459 R

T F

t

K T 8

, 1 R

T

15 , 273 K

T C

t

o o

KT

8,1R

T

RTF

t

KT

C

t

o o

1.8.3 Áp suất

N

F p

5 5 2

Ví dụ 1: Áp suất

Ví dụ 2: Áp suất

1 8.4 Thể tích riêng và khối lượng riêng

- Manomet - đo áp suất thừa (dư): pd

- Baromet - đo áp suất khí quyển: pkq

- Vaccummet - Chân không kế đo áp suất chân không:

pck

 Xác định biến thiên nội năng: u=u2-u1

Khí lý tưởng với mọi quá trình: du=Cvdt

Cv- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tíchVới khí lý tưởng coi Cv=const nên u=CvT

1 8.6 Entanpi – Nhiệt hàm của chất khí

 Khái niệm: i=u+pv (J/kg) hoặc h=u+pv

I=m.i= U+pV (J)

 Xác định biến thiên entanpi: i=i2-i1

Khí lý tưởng với mọi quá trình: di=Cpdt

Cp- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng ápVới khí lý tưởng coi Cp=const nên i=CpT

1.8.7 Entropi của chất khí

q ds

1.9 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

1.9.1 Khái niệm phương trình trạng thái

Một trạng thái của môi chất được xác định bởi các thông số trạng thái Vậy phương trình trạng thái là biểu thức toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông sốtrạng thái ở một trạng thái xác định Dưới đây chúng ta xét phương trình trạng thái chỉ đối với trạng thái cân bằng

b Viết cho m(kg) môi chất: mpv=mRT

mv=V[m3]-Thể tích toàn bộ môi chất

c Viết cho 1Kilomol (Kmol) môi chất:

 Khái niệm Kmol: 1Kmol=µ(kg)

µpv = µRT

p.Vµ = RµT

Thay vào PTTT ta xác định được:

Rµ = 8314[J/Kmol0K]; - Hằng số phổ biếncủa chất khí

1.9.3 Tính toán hỗn hợp khí lý tưởng

a Khái niệm:

Hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm ít nhất từ hai đơn chất khí lý tưởng kết hợp với nhau, chúng được coi làmột đơn chất khí lý tưởng tương đương khi giữa chúng chỉ kết hợp với nhau về mặt cơ học mà không có các phản ứng hoá học xảy ra

gi=mi/m ; %

m = m1 + m2 +…+ mi+ …+ mn=∑mi

 Thành phần thể tích: ri

Thành phần thể tích của một chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa phân thể tích của chất khí đó

vi với thể tích của hỗn hợp v Ta ký hiệu thành phần thể tích là ri

vi- phân thể tích của chất khí i

i i

v r

v



• Khái niệm phân thể tích vi

v=va+ vb

 Thành phần mol:

i i

n r

Vi= V

 Thành phần áp suất:

- Định luật Dantol: p=p1+p2+…+pi+…+ pn

- Trong đó pi – phân áp suất của chất khí i

Ví dụ: Viết phương trình trạng thái cho chất khí a theo 2 cách:

+ Theo phân áp suất: pav = RT

r

 PT Redlich - Krong: ( Dùng cho môi chất lạnh)

1.9.4 PTTT của khí thực

 PT Vander Walls: (p + a/v2)(v - b) = RT

( Dùng cho hơi nước)