Các nguyên lý và hàm nhiệt động

Một số khái niệm và Định nghĩa Hệ nhiệt động (hệ cân bằng) : là hệ mà các tính chất vĩ mô của nó không thay đổi theo thời gian khi môi trường không tác động gì đến hệ. Hàm trạng thái : là những đại lượng đặc trưng cho mỗi trạng thái của hệ, thường được biểu diễn dưới dạng một hàm số các thông số trạng thái. VD : nội năng U, entropy S... Công A và nhiệt Q là hai hình thức truyền năng lượng của hệ.

Các nguyên lý và Các nguyên lý và hàm nhiệt động hàm nhiệt động GVHD : TS Hu nh ỳ Quy nề HV : Bùi Thanh H iả Một số khái niệm và Định nghĩa Một số khái niệm và Định nghĩa • Hệ nhiệt động (hệ cân bằng) : là hệ mà các tính chất vĩ mô của nó không thay đổi theo thời gian khi môi trường không tác động gì đến hệ. • Hàm trạng thái : là những đại lượng đặc trưng cho mỗi trạng thái của hệ, thường được biểu diễn dưới dạng một hàm số các thông số trạng thái. VD : nội năng U, entropy S • Công A và nhiệt Q là hai hình thức truyền năng lượng của hệ. Nguyên lí thứ nhất Nguyên lí thứ nhất • Năng lượng hệ : E = E pot + E kin + U • Nội năng (U) : là tập hợp tất cả các dạng năng lượng tiềm tàng trong hệ như năng lượng nguyên tử, năng lượng phân tử, năng lượng hạt nhân, • Nội năng là một hàm trạng thái. • Phát biểu nguyên lí thứ nhất : Trong một quá trình bất kỳ, biến thiên nội năng ∆U của một hệ bằng nhiệt Q mà hệ nhận được trừ đi công A mà hệ sinh. ∆U = Q + W dU = δQ + δW Kí hiệu : Nhiệt hệ nhận : Q Công hệ sinh : -W Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho một số quá trình một số quá trình  Quá trình đẳng tích ( V = const, dV =0) Quá trình đẳng tích nên công thể tích không được thực hiện, W v =0 ⇒ ∆U v = Q v - Quá trình vô cùng nhỏ : dU v = δQ v - Nếu quá trình giãn nở không có chuyển pha hay phản ứng hóa học xảy ra : dU v = C v dT  Quá trình nén đoạn nhiệt : W = ∆U Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho một số quá trình một số quá trình  Quá trình đẳng áp ( P = const, dP=0) Công quá trình : W = -P ∆V Ta có : Q P = ∆U – W = ∆U + P∆V = ∆(U + PV) P U+ PV là hàm trạng thái, được gọi là enthanpy, kí hiệu là H. => H = U + PV Ta có thể viết : Q P = ∆H P Tính theo nhiệt dung riêng đẳng áp : dH P = C P dT Nguyên lí thứ hai của nhiệt động Nguyên lí thứ hai của nhiệt động lực học lực học Entropy là đại lượng đặc trưng cho tính bất ổn định của hệ. Với quá trình vô cùng nhỏ : dS = dS i + dS e • dS e liên quan tới nhiệt trao đổi bằng phương trình : dS e = δQ/T • dS i liên quan tới sự biến đổi bên trong hệ. Quá trình thuận nghịch : dS i = 0 Quá trình bất thuận nghịch : dS i > 0 Từ đó rút ra : dS ≥ δQ/T Hay : δQ ≤ T dS  Mối quan hệ giữa nội năng và entropy Công thực hiện : δW = -P dV δQ = T dS ⇒ dU = T dS – P dV ⇒ dS = 1/T dU + P/T dV Tính cho đơn vị 1 mol ta có : du = T ds –P dv ds = 1/T du + P/T dv  Ở trạng thái cân bằng Hệ cô lập không có trao đổi nhiệt và công với môi trường : dW = 0, dQ = 0 dU = 0, dV = 0, dS ≥ 0. Chia hệ làm 2 phần A và B : dU = dU A + dU B = 0 và dS = dS A + dS B • Khi V A , V B không đổi: ⇒ dS = 1/T A dU A + 1/T B dU B = (1/T A - 1/T B ) dU A • Khi tính đến sự biến đổi của V A , V B : ⇒ dS = (1/T A - 1/T B ) dU A + (P A /T A – P B /T B ) dV A  Ý nghĩa thống kê của entropy Entropy là 1 hàm của xác suất nhiệt động W thể hiện qua phương trình : S = k ln W k: hằng số Bolzmann có thể được tính theo công thức k= R/N 0 trong đó : R là hằng số khí lý tưởng. N 0 là số Avogadro Như vậy có thể tính entropy theo hệ thức : ∆S = S 2 – S 1 = ln W 2 /W 1 Phương Phương trình Gibbs- Helmholtz trình Gibbs- Helmholtz Xét quá trình có trao đổi nhiệt và công với môi trường: dU = δQ + δW + δW’ , với δW’ là công sinh ra do điện, δQ ≤ T dS ⇒ δW + δW’ ≥ dU – T dS  Quá trình đẳng nhiệt : δW + δW’ ≥ d(U – T S) T hay W + W’ ≥ ∆(U – T S) T  Quá trình đắng nhiệt, đẳng tích : δW’ ≥ d(U – T S) T hay W’ ≥ ∆(U – T S) Phương trình : A = U – TS gọi là phương trình Helmholtz.  Quá trình đẳng nhiệt, đẳng áp : δW = -P dV hay W = -P ∆V =>δW’ ≥ d( U + PV - TS) T,P hay δW’ ≥ ∆( U + PV - TS) T,P Phương trình : G = U + PV – TS gọi là phương trình Gibbs [...].. .Hàm nhiệt động lực học Khí lý tưởng Phương trình trạng thái đối với N mol khí lý tưởng được viết dưới dạng : PV# = NRT , V# : thể tích khí lý tưởng R = 8.314 J.mol-1 K-1 = 1.987 cal.mol-1 K-1 = 82.058 atm.cm3 mol-1 K-1 Nhiệt dung • Nhiệt dung là một hàm phức tạp của nhiệt độ và áp suất, song ảnh hưởng của áp suất là không đáng kể và thường bỏ qua • Nhiệt dung đẳng áp : • Nhiệt dung đẳng... atm.cm3 mol-1 K-1 Nhiệt dung • Nhiệt dung là một hàm phức tạp của nhiệt độ và áp suất, song ảnh hưởng của áp suất là không đáng kể và thường bỏ qua • Nhiệt dung đẳng áp : • Nhiệt dung đẳng tích : • Ở vùng nhiệt độ trung bình : Cp = a + bT + cT2 + dT3 + Trong đó : a,b,c,d, là hệ thực nghiệm Hay Cp = a + a1 T + a2 T2 + a-2 T-2 Thank You!!!