Giáo trình hướng dẫn cách điều chỉnh tối ưu quá trình nhiệt tự động phần 9 potx

23 t q tt q C 12 t t 2 1 = = (1-75) gọi là nhiệt dung riêng trung bình của chất khí đó trong khoảng nhiệt độ từ t 1 đến t 2 . Thông thờng ngời ta cho nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ 0 0 C đến nhiệt độ t nào đó, tức là t 0 C . Nhiệt lợng cần cấp vào để làm tăng nhiệt độ của 1kg chất khí từ 0 0 C đến nhiệt độ t 0 C là q = t. t 0 C , dựa vào đó ta có thể tính đợc nhiệt lợng cần cấp vào để làm cho nhiệt độ của 1kg môi chất tăng từ nhiệt độ t 1 đến nhiệt độ t 2 . Nhiệt lợng cần cấp vào để làm tăng nhiệt độ của 1kg chất khí từ 0 0 C đến nhiệt độ t 1 là q 1 = t 1 . 1 t 0 C , nhiệt lợng cần cấp vào để làm tăng nhiệt độ của 1kg chất khí từ 0 0 C đến nhiệt độ t 2 là q 2 = t 2 . 2 t 0 C , vậy nhiệt lợng cần cấp vào để nâng nhiệt độ của 1kg chất khí từ nhiệt độ t 1 đến nhiệt độ t 2 bằng hiệu nhiệt lơng q 2 và q 1 : 12 122 1 t 0 1 t 0 2 t 0 t 0 12 t t C.tC.tqqqqq === (1-76) Thay vào công thức (1-74) ta có nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ t 1 đến t 2 khi biết nhiệt dung riêng trung bình trong khoảng nhiệt độ từ 0 đến t 1 và từ 0 đến t 2 là: 12 1 t 0 2 t 0 12 t t tt t.Ct.C tt q C 12 2 1 = = (1-77) 1.4.4.2. Nhiệt dung riêng thực Nếu hiệu nhiệt độ (t 2 - t 1 ) dần tới không, nghĩa là nhiệt độ t 1 và nhiệt độ t 2 cùng tiến tới giá trị nhiệt độ t thì nhiệt dung riêng trung bình trở thành nhiệt dung riêng thực ở nhiệt độ t. C = dt dq , j/kg (1-78) Thực nghiệm chứng tỏ rằng: nhiệt độ càng cao thì chuyển động, dao động của nguyên tử và phân tử càng mạnh nên tiêu thụ nhiệt lợng càng lớn. Điều đó có nghĩa là nhiệt độ càng cao thì nhiệt dung riêng càng lớn. Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng vào nhiệt độ thờng đợc thể hiện bằng công thức: C = a 0 + a 1 .t+ a 2 .t 2 + . . . . . . +a n .t n , (1-79) Trong đó: a i là các hệ số phụ thuộc vào bản chất của từng chất khí, đợc xác định bằng thực nghiệm. Trong tính toán kỹ thuật thờng lấy n = 1 là đảm bảo độ chính xác, nghĩa là coi nhiệt dung riêng vào nhiệt độ theo quan hệ tuyến tính: C = a 0 + a 1 .t (1-80) 24 Nhiệt lợng trao đổi giữa môi chất và môi trờng khi môi chất thay đổi từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 là: + +=+== 2 1 2 1 2 1 t t 12 21 1010 t t t t tt 2 tt aadttaaCdtq )()( (1-81) Từ (1-75) và (1-81) có thể tính nhiệt dung riêng trung bình theo nhiệt dung riêng thực ở nhiệt độ t: 12 t t t t tt Cdt C 2 1 2 1 = = + + 2 tt aa 21 10 (1-82) 1.4.5. nhiệt dung riêng của hỗn hợp Muốn tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí thì cần phải biết thành phần của hỗn hợp. Nhiệt lợng tiêu tốn để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 1 độ bằng tổng nhiệt lợng tiêu tốn để nâng nhiệt độ các khí thành phần lên 1 độ. Nếu gọi nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí là C và của khí thành phần là C i thì nhiệt lợng tiêu tốn để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên 1 độ bằng: G.C = G 1 .C 1 + G 2 .C 2 + . . . . + G n .C n (1-83) Chia cả hai vế cho G và chú ý (1-45) ta đợc nhiệt dung riêng của hỗn hợp bằng: C = g 1 .C 1 + g 2 .C 2 + . . . . + g n .C n = = n 1i ii Cg (1-84) Tơng tự, nếu tính theo C và C i ta có: C = r 1 .C 1 + r 2 .C 2 + . . . . + r n .C n = = n 1i ii Cr ' (1-85) Nếu tính teo C à ta có: C à = r 1 .C 1 à + r 2 .C 2 à + . . . . + r n .C n à = = à n 1i ii Cr ./. (1-86) 1 Chỉång 1: V TRỦ V HÃÛ MÀÛT TRÅÌI 1.1. Cáúu tảo, chuøn âäüng v sỉû dn nåí ca v trủ 1.1.1. Cáúu tảo ca v trủ V trủ m ta biãút bao gäưm vä säú cạc vç sao. Mäùi vç sao l mäüt thiãn thãø phạt sạng, nhỉ màût tråìi ca chụng ta. Quay quanh mäùi vç sao cọ cạc hnh tinh, cạc thiãn thảch, sao chäøi, theo nhỉỵng qu âảo ellip láúy sao lm tiãu âiãøm, nhåì tỉång tạc ca lỉûc háúp dáùn. Quay quanh mäùi hnh tinh cọ cạc vãû tinh, cạc vnh âai hồûc âạm bủi. Mäùi vç sao tảo ra quanh nọ mäüt hãû màût tråìi, nhỉ hãû màût tråìi ca chụng ta. Hng t hãû màût tråìi tủ lải thnh mäüt âạm, do lỉûc há úp dáùn, tảo ra mäüt thiãn h. Thiãn h ca chụng ta âỉåüc gi l Ngán h hay Milky Way, l mäüt trong säú hng t thiãn h trong v trủ quan sạt âỉåüc, thiãn h ca chụng ta gäưm 10 11 ngäi sao, cọ hçnh âéa dẻt xồõn äúc, bạn kênh khong = 45.000nas (nas = nàm ạnh sạng = 365,25x24x60x60x300.000 =9,5.10 12 km). Mäùi hãû màût tråìi quay quanh tám thiãn h våïi täúc âäü hng tràm km/s. Hãû màût tråìi ca chụng ta nàòm trãn rça ngoi ca Ngán h, cạch tám khong 30.000nas, v quay quanh tám Ngán h våïi váûn täúc: v MT = 230km/s. V trủ m ta quan sạt âỉåüc hiãûn nay chỉïa khong 10 t thiãn h, cọ bạn kênh 3.10 25 m, chỉïa khong 10 20 ngäi sao våïi täøng khäúi lỉåüng khong 10 50 kg. 45000nas 30000nas 15000nas HÃÛ MÀÛT TRÅÌI Hinh 1.1. Ngán h v hãû màût tråìi 2 1.1.2. Sỉû váûn âäüng v dn nåí ca v trủ Âãø täưn tải dỉåïi tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, cạc thiãn thãø trong v trủ phi chuøn âäüng khäng ngỉìng. Cạc hnh tinh tỉû xoay quanh mçnh v quay quanh màût tråìi våïi täúc âäü vi chủc km/s, cạc màût tråìi quay quanh tám thiãn h våïi täúc âäü hng tràm km/s, cạc thiãn h quay quanh tám âải thiãn h våïi täúc âäü hng nghçn km/s. Nàm 1923, khi sỉí dủng kênh thiãn vàn vä tuún ghi phäø bỉïc xả phạt ra tỉì cạc thiãn h, Edwin Hubble nháûn tháúy cạc vảch quang phäø ln dëch chuøn vãư phêa bỉåïc sọng λ di, phêa mu â. Hiãûn tỉåüng dëch vãư phêa â ca bỉïc xả âỉåüc gii thêch bàòng hiãûu ỉï ng Doppler, l do cạc thiãn thãø phạt bỉïc xả âang chuøn âäüng ra xa nåi thu bỉïc xả, chuøn âäüng råìi xa nhau ca cạc thiãn h âỉåüc phạt hiãûn tháúy theo mi phỉång, våïi váûn täúc tàng dáưn theo khong cạch giỉỵa chụng. Nhỉ váûy, cạc thiãn thãø trong v trủ âang råìi xa nhau, v v trủ âang dn nåí nhỉ qu bọng âang âỉåüc thäøi càng ra. 1.1.3. Âënh lût Hubble Dỉûa vo thỉûc nghiãûm, Edwin Hubble mä t sỉû dn nåí ca v trủ bàòng âënh lût sau: Mi thiãn thãø trong v trủ âang chuøn âäüng ra xa nhau våïi váûn täúc ω ρ t lãû thûn våïi khong cạch r giỉỵa chụng: ω ρ = -H. r ρ , våïi H ≈ 25km/s.10 6 nas l hàòng säú Hubble. Thỉûc tãú hàòng säú Hubble chỉa thãø xạc âënh chênh xạc, chè biãút nọ nàòm trong khong (15÷30)km/s.10 6 nas. 1.2. Sỉû hçnh thnh v trủ v hãû màût tråìi 1.2.1. Thuút Big Bang Thỉûc nghiãûm cho biãút v trủ âang dn nåí, cạc thiãn thãø âang råìi xa nhau. Váûy nãúu âi ngỉåüc lải thåìi gian, cạc thiãn thãø s tiãún lải gáưn nhau, thãø têch v trủ s co dáưn lải. Tải mäüt thåìi âiãøm no âọ, ton bäü v trủ s co lải thnh mäüt cháút âiãøm, cọ khäúi lỉåüng, nàng lỉåüng v nhiãût âäü vä cng låïn. Dỉûa trãn l lûn ny, George Lemaitre ngỉåìi Bè v sau âọ George Gamow cng Alexandre Priedmann ngỉåìi Nga, bàòng cạc phẹp tênh cọ cå såí váût l âụng âàõn, â nãu ra hc thuút vãư sỉû hçnh thnh ca v trủ, g i l thuút Big Bang. Thuút ny cho ràòng v trủ âỉåüc sinh ra cạch âáy khong 15 t nàm tỉì mäüt qu trỉïng cỉûc nh, cọ khäúi lỉåüng (M), nàng lỉåüng (E) v nhiãût âäü (T) cỉûc låïn båíi mäüt vủ näø låïn gi l Big Bang. Vủ 3 näø ny tảo ra khäng gian - thåìi gian v ton bäü V trủ, theo quạ trçnh dn nåí nhỉ sau: Bng 1.1. Tọm tàõt lëch sỉí ca V trủ Thåìi gian τ Nhiãût âäü T (K) Thnh pháưn ca V trủ Âàûc âiãøm ca V trủ τ ≤10 -43 s T≥10 32 K Mäüt cháút âiãøm cọ M, E, T cỉûc låïn 1 siãu lỉûc, r = 10 -35 m 10 -35 s 10 27 K Chán khäng lỉåüng tỉí, trỉåìng nàng lỉåüng âäưng nháút 2 lỉûc: Âiãûn hảt nhán (HN), háúp dáùn (HD) 10 -32 s 10 25 K Dn nåí tảo khäng gian, ngỉng kãút 3 lỉûc: HN, âiãûn tỉì (ÂT) v HD 10 -12 s 10 15 K Nhiãût âäü gim, tảo hảt quarks 3 lỉûc: HN, ÂT v HD 10 -6 s 10 13 K Tảo photon, âiãûn tỉí, lepton 4 lỉûc: HN, ÂT, Tỉì trỉåìng ú v HD 3phụt 10 6 K Tảo proton, neutron P = uud, n = udd 3.10 5 nàm 10 4 K Tảo nhán H, H e H e = 2p2n, hảt nhán H 10 9 nàm 10 2 K Tảo khê H 2 , H e , tinh ván v cạc thiãn h Cọ khê H 2 , tinh ván 10 10 nàm 10 K Tảo màût tråìi, hãû MT, tảo cạc ngun täú nàûng Cọ thiãn h, cạc sao, hnh tinh 12.10 9 n 7 K Tảo khê quøn, lủc âëa, nụi Tảo ngun täú nàûng, sao thỉï cáúp, nụi 14.10 9 n 5 K Tảo nỉåïc, âải dỉång, vi khøn, to, sinh váût Cọ nỉåïc, âải dỉång, sinh váût 15.10 9 n 3 K Tảo âäüng váût, khè, ngỉåìi Sinh váût cao, khè, ngỉåìi 1.2.2. Sỉû hçnh thnh hãû màût tråìi Mäüt t nàm sau vủ näø Big Bang, V trủ dn nåí lm nhiãût âäü gim âãún 100K. Lục ny cạc nhán H, H e kãút håüp våïi âiãûn tỉí tảo ra phán tỉí khê H 2 , H e . Cạc khê ny qy tủ thnh tỉìng âạm trong thiãn h. Tỉì mäùi âạm bủi ny, do tạc dủng ca lỉûc háúp dáùn, s dáưn dáưn hçnh thnh mäüt hãû màût tråìi. Hãû màût tråìi ca ta thüc thãú hãû thỉï 3, âỉåüc sinh ra tỉì mäüt âạm máy bủi v khê cọ kêch thỉåïc hng ngn t kilämẹt. . từ nhiệt độ t 1 đến nhiệt độ t 2 . Nhiệt lợng cần cấp vào để làm tăng nhiệt độ của 1kg chất khí từ 0 0 C đến nhiệt độ t 1 là q 1 = t 1 . 1 t 0 C , nhiệt lợng cần cấp vào để làm tăng nhiệt. 1.4.4.2. Nhiệt dung riêng thực Nếu hiệu nhiệt độ (t 2 - t 1 ) dần tới không, nghĩa là nhiệt độ t 1 và nhiệt độ t 2 cùng tiến tới giá trị nhiệt độ t thì nhiệt dung riêng trung bình trở thành nhiệt. chất khí từ 0 0 C đến nhiệt độ t 2 là q 2 = t 2 . 2 t 0 C , vậy nhiệt lợng cần cấp vào để nâng nhiệt độ của 1kg chất khí từ nhiệt độ t 1 đến nhiệt độ t 2 bằng hiệu nhiệt lơng q 2 và q 1 :