Bài giảng nhiệt động kỹ thuật chương i

PHẦN I. NHIỆT ĐỘNG HỌC PHẦN II. CƠ SỞ TRUYỀN NHIỆT NỘI DUNG MÔN HỌC __________________________ NỘI DUNG MÔN HỌC __________________________ CHƯƠNG I CHƯƠNG I . . NH NH Ữ Ữ NG KH NG KH Á Á I NI I NI Ệ Ệ M CƠ B M CƠ B Ả Ả N N CHƯƠNG II CHƯƠNG II . . C C Á Á C Đ C Đ Ị Ị NH LU NH LU Ậ Ậ T NHI T NHI Ệ Ệ T Đ T Đ Ộ Ộ NG CƠ B NG CƠ B Ả Ả N. N. C C Á Á C QU C QU Á Á TRÌNH NHI TRÌNH NHI Ệ Ệ T Đ T Đ Ộ Ộ NG CƠ B NG CƠ B Ả Ả N C N C Ủ Ủ A A MÔI CH MÔI CH Ấ Ấ T T CHƯƠNG III CHƯƠNG III . . C C Á Á C CHU TRÌNH NHI C CHU TRÌNH NHI Ệ Ệ T Đ T Đ Ộ Ộ NG NG PHẦN I. NHIỆT ĐỘNG HỌC __________________________ PHẦN I. NHIỆT ĐỘNG HỌC __________________________ B B À À I 1 I 1 . KH . KH Á Á I NI I NI Ệ Ệ M CƠ B M CƠ B Ả Ả N N B B À À I 2 I 2 . THÔNG S . THÔNG S Ố Ố TR TR Ạ Ạ NG TH NG TH Á Á I C I C Ủ Ủ A MÔI CH A MÔI CH Ấ Ấ T T B B À À I 3 I 3 . C . C Á Á C QU C QU Á Á TRÌNH NHI TRÌNH NHI Ệ Ệ T Đ T Đ Ộ Ộ NG NG B B À À I 4 I 4 . P . P HƯƠNG TRÌNH TR HƯƠNG TRÌNH TR Ạ Ạ NG TH NG TH Á Á I C I C Ủ Ủ A MÔI CH A MÔI CH Ấ Ấ T T B B À À I 5 I 5 . NHI . NHI Ệ Ệ T T – – CÔNG V CÔNG V À À C C Á Á C PHƯƠNG PH C PHƯƠNG PH Á Á P X P X Á Á C C Đ Đ Ị Ị NH NH CHƯƠNG I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN & PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT __________________________ CHƯƠNG I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN & PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT __________________________ I. NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG. II. MÔI CHẤT, KHÍ THỰC, KHÍ LÝ TƯỞNG. III.HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LOẠI HỆ NHIỆT ĐỘNG BÀI I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN __________________________ BÀI I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN __________________________ Kh Kh á á i ni i ni ệ ệ m năng lư m năng lư ợ ợ ng ng - - M M ứ ứ c đo chuy c đo chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng v ng v ậ ậ t ch t ch ấ ấ t c t c ủ ủ a c a c á á c v c v ậ ậ t. t. - - M M ỗ ỗ i lo i lo ạ ạ i chuy i chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng c ng c ó ó m m ộ ộ t d t d ạ ạ ng năng lư ng năng lư ợ ợ ng x ng x á á c đ c đ ị ị nh. nh. - - Phân lo Phân lo ạ ạ i theo t i theo t í í nh ch nh ch ấ ấ t chuy t chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a v a v ậ ậ t: t: + + Năng lư Năng lư ợ ợ ng c ng c ủ ủ a chuy a chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng c ng c ó ó hư hư ớ ớ ng: ng: Cơ năng Cơ năng , ho , ho á á năng năng , , đi đi ệ ệ n năng n năng … … + + Năng lư Năng lư ợ ợ ng chuy ng chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng v ng vô hư hư ớ ớ ng: Nhi ng: Nhi ệ ệ t năng t năng . . - - Nhi Nhi ệ ệ t năng l t năng l à à năng lư năng lư ợ ợ ng chuy ng chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng h ng h ỗ ỗ n lo n lo ạ ạ n c n c ủ ủ a c a c á á c c phân t phân t ử ử . . - - S S ự ự bi bi ế ế n đ n đ ổ ổ i nhi i nhi ệ ệ t năng th t năng th à à nh c nh c á á c d c d ạ ạ ng năng lư ng năng lư ợ ợ ng kh ng kh á á c c c c ầ ầ n n ph ph ả ả i nghiên c i nghiên c ứ ứ u b u b ằ ằ ng Nhi ng Nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ ng h ng h ọ ọ c ( c ( NĐH NĐH ). ). - - C C á á c d c d ạ ạ ng năng lư ng năng lư ợ ợ ng c ng c ó ó th th ể ể chuy chuy ể ể n bi n bi ế ế n l n l ẫ ẫ n nhau. n nhau. - - Trong h Trong h ệ ệ SI: S SI: S ử ử d d ụ ụ ng đơn v ng đơn v ị ị J, kJ, MJ. J, kJ, MJ. NĂNG LƯỢNG NĂNG LƯỢNG 1.Nhi 1.Nhi ệ ệ t t - - D D ạ ạ ng năng lư ng năng lư ợ ợ ng bi ng bi ể ể u th u th ị ị s s ự ự truy truy ề ề n năng lư n năng lư ợ ợ ng gi ng gi ữ ữ a c a c á á c c phân t phân t ử ử chuy chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng h ng h ỗ ỗ n lo n lo ạ ạ n tương t n tương t á á c v c v ớ ớ i nhau. i nhau. - - Ký hi Ký hi ệ ệ u: u: Q (J), q (J/kg) Q (J), q (J/kg) - - Quy ư Quy ư ớ ớ c: c: Nhi Nhi ệ ệ t lư t lư ợ ợ ng do v ng do v ậ ậ t nh t nh ậ ậ n đư n đư ợ ợ c, mang d c, mang d ấ ấ u (+) u (+) Nhi Nhi ệ ệ t lư t lư ợ ợ ng do v ng do v ậ ậ t nh t nh ả ả (th (th ả ả i) ra, mang d i) ra, mang d ấ ấ u ( u ( - - ) ) 2.Công 2.Công - - D D ạ ạ ng năng lư ng năng lư ợ ợ ng bi ng bi ể ể u th u th ị ị s s ự ự truy truy ề ề n năng lư n năng lư ợ ợ ng gi ng gi ữ ữ a c a c á á c c ph ph ầ ầ n t n t ử ử v v ĩ ĩ mô. mô. - - Ký hi Ký hi ệ ệ u: u: L (J), l (J/kg) L (J), l (J/kg) - - Quy ư Quy ư ớ ớ c: c: Công do v Công do v ậ ậ t ho t ho ặ ặ c môi ch c môi ch ấ ấ t sinh ra, d t sinh ra, d ấ ấ u (+) u (+) Công do v Công do v ậ ậ t ho t ho ặ ặ c môi ch c môi ch ấ ấ t nh t nh ậ ậ n v n v à à o, d o, d ấ ấ u ( u ( - - ) ) CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG CÁC DẠNG TRAO ĐỔI NĂNG LƯỢNG 3. Kh 3. Kh í í lý tư lý tư ở ở ng (KLT) ng (KLT) - - Kh Kh í í lý tư lý tư ở ở ng l ng l à à kh kh í í không t không t ồ ồ n t n t ạ ạ i trong th i trong th ự ự c t c t ế ế , , đư đư ợ ợ c đưa ra c đưa ra đ đ ể ể ti ti ệ ệ n cho vi n cho vi ệ ệ c nghiên c c nghiên c ứ ứ u u - - Đ Đ ặ ặ c đi c đi ể ể m: m: + C + C á á c kh c kh í í ch ch ỉ ỉ l l à à c c á á c ch c ch ấ ấ t đi t đi ể ể m chuy m chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng ng + Không c + Không c ó ó k k í í ch thư ch thư ớ ớ c b c b ả ả n thân (th n thân (th ể ể t t í í ch riêng) ch riêng) + Không c + Không c ó ó l l ự ự c tương t c tương t á á c gi c gi ữ ữ a c a c á á c kh c kh í í - - Trong th Trong th ự ự c t c t ế ế , c , c á á c kh c kh í í như như : không kh : không kh í í , O , O 2 2 , H , H 2 2 , N , N 2 2 … … ở ở đi đi ề ề u u ki ki ệ ệ n nhi n nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ v v à à á á p su p su ấ ấ t b t b ì ì nh thư nh thư ờ ờ ng c ng c ó ó th th ể ể coi l coi l à à kh kh í í lý lý tư tư ở ở ng. ng. MÔI CHẤT, KHÍ THỰC & KHÍ LÝ TƯỞNG MÔI CHẤT, KHÍ THỰC & KHÍ LÝ TƯỞNG 1. Môi chât (MC) 1. Môi chât (MC) - - Ch Ch ấ ấ t trung gian s t trung gian s ử ử d d ụ ụ ng trong c ng trong c á á c m c m á á y nhi y nhi ệ ệ t đ t đ ể ể th th ự ự c hi c hi ệ ệ n n c c á á c qu c qu á á tr tr ì ì nh trao đ nh trao đ ổ ổ i nhi i nhi ệ ệ t v t v à à công đư công đư ợ ợ c g c g ọ ọ i l i l à à môi ch môi ch ấ ấ t t . . - - C C á á c d c d ạ ạ ng môi ch ng môi ch ấ ấ t : t : Ch Ch ấ ấ t r t r ắ ắ n, ch n, ch ấ ấ t l t l ỏ ỏ ng v ng v à à ch ch ấ ấ t kh t kh í í - - Ch Ch ấ ấ t kh t kh í í thư thư ờ ờ ng đư ng đư ợ ợ c s c s ử ử d d ụ ụ ng l ng l à à m môi ch m môi ch ấ ấ t v t v ì ì ch ch ú ú ng c ng c ó ó kh kh ả ả năng thay đ năng thay đ ổ ổ i th i th ể ể t t í í ch r ch r ấ ấ t l t l ớ ớ n nên c n nên c ó ó kh kh ả ả năng trao đ năng trao đ ổ ổ i i công l công l ớ ớ n. n. 2. Kh 2. Kh í í th th ự ự c c - - Trong t Trong t ự ự nhiên, m nhiên, m ọ ọ i ch i ch ấ ấ t kh t kh í í đ đ ề ề u l u l à à kh kh í í th th ự ự c c - - Đ Đ ặ ặ c đi c đi ể ể m: m: + T + T ạ ạ o nên t o nên t ừ ừ c c á á c nguyên t c nguyên t ử ử , phân t , phân t ử ử + C + C ó ó k k í í ch thư ch thư ớ ớ c b c b ả ả n thân (th n thân (th ể ể t t í í ch riêng) ch riêng) + C + C ó ó l l ự ự c t c t á á c d c d ụ ụ ng tương h ng tương h ỗ ỗ l l ẫ ẫ n nhau n nhau MÔI CHẤT, KHÍ THỰC & KHÍ LÝ TƯỞNG MÔI CHẤT, KHÍ THỰC & KHÍ LÝ TƯỞNG 1. H 1. H ệ ệ nhi nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ ng v ng v à à môi trư môi trư ờ ờ ng ng - - H H ệ ệ nhi nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ ng l ng l à à m m ộ ộ t v t v ậ ậ t ho t ho ặ ặ c nhi c nhi ề ề u v u v ậ ậ t (ho t (ho ặ ặ c nhi c nhi ề ề u thi u thi ế ế t b t b ị ị ) ) đư đư ợ ợ c t c t á á ch riêng ra kh ch riêng ra kh ỏ ỏ i c i c á á c v c v ậ ậ t (c t (c á á c thi c thi ế ế t b t b ị ị ) kh ) kh á á c đ c đ ể ể nghiên nghiên c c ứ ứ u nh u nh ữ ữ ng t ng t í í nh ch nh ch ấ ấ t nhi t nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ ng c ng c ủ ủ a ch a ch ú ú ng. ng. - - H H ì ì nh d nh d ạ ạ ng v ng v à à k k í í ch c ch c ỡ ỡ c c ủ ủ a h a h ệ ệ ph ph ụ ụ thu thu ộ ộ c v c v à à o ngư o ngư ờ ờ i nghiên c i nghiên c ứ ứ u. u. - - Nh Nh ữ ữ ng v ng v ậ ậ t (thi t (thi ế ế t b t b ị ị ) ) ở ở ngo ngo à à i h i h ệ ệ g g ọ ọ i l i l à à môi trư môi trư ờ ờ ng. ng. - - Gi Gi ữ ữ a h a h ệ ệ v v à à môi trư môi trư ờ ờ ng đư ng đư ợ ợ c phân t c phân t á á ch b ch b ở ở i biên gi i biên gi ớ ớ i h i h ệ ệ . . 2. Phân lo 2. Phân lo ạ ạ i HNĐ i HNĐ : C : C ó ó 4 h 4 h ệ ệ nhi nhi ệ ệ t đ t đ ộ ộ ng cơ b ng cơ b ả ả n n a. H a. H ệ ệ k k í í n n b. H b. H ệ ệ h h ở ở c. H c. H ệ ệ đo đo ạ ạ n nhi n nhi ệ ệ t t d. H d. H ệ ệ cô l cô l ậ ậ p. p. HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LOẠI HỆ NHIỆT ĐỘNG HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LOẠI HỆ NHIỆT ĐỘNG a. H a. H ệ ệ k k í í n: n: + Tr + Tr ọ ọ ng tâm c ng tâm c ủ ủ a h a h ệ ệ không chuy không chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng (không c ng (không c ó ó chuy chuy ể ể n n đ đ ộ ộ ng v ng v ĩ ĩ mô) ho mô) ho ặ ặ c c c c ó ó chuy chuy ể ể n đ n đ ộ ộ ng nhưng v ng nhưng v ớ ớ i t i t ố ố c đ c đ ộ ộ nh nh ỏ ỏ m m à à ta ho ta ho à à n to n to à à n c n c ó ó th th ể ể b b ỏ ỏ qua đ qua đ ộ ộ ng năng c ng năng c ủ ủ a h a h ệ ệ . . + Kh + Kh ố ố i lư i lư ợ ợ ng c ng c ủ ủ a h a h ệ ệ không đ không đ ổ ổ i. i. + + MC không đi qua b MC không đi qua b ề ề m m ặ ặ t ranh gi t ranh gi ớ ớ i gi i gi ữ ữ a h a h ệ ệ v v à à môi trư môi trư ờ ờ ng. ng. - - V V í í d d ụ ụ : : + + Ch Ch ấ ấ t kh t kh í í ch ch ứ ứ a trong m a trong m ộ ộ t b t b ì ì nh k nh k í í n n + + Hơi nư Hơi nư ớ ớ c trong chu tr c trong chu tr ì ì nh đ nh đ ộ ộ ng l ng l ự ự c hơi nư c hơi nư ớ ớ c c c c ủ ủ a nh a nh à à m m á á y y nhi nhi ệ ệ t đi t đi ệ ệ n n b. H b. H ệ ệ đo đo ạ ạ n nhi n nhi ệ ệ t t - - H H ệ ệ không trao đ không trao đ ổ ổ i nhi i nhi ệ ệ t v t v ớ ớ i môi trư i môi trư ờ ờ ng bên ngo ng bên ngo à à i. i. - - V V í í d d ụ ụ : Ch : Ch ấ ấ t kh t kh í í trong xy lanh đư trong xy lanh đư ợ ợ c b c b ọ ọ c c c c á á ch nhi ch nhi ệ ệ t tuy t tuy ệ ệ t đ t đ ố ố i. i. HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LOẠI HỆ NHIỆT ĐỘNG HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LOẠI HỆ NHIỆT ĐỘNG [...]... i n trở + Dựa vào hiệu ứng nhiệt i n → nhiệt kế cặp nhiệt Chú ý: Nhiệt kế thủy ngân sử dụng để do nhiệt độ cơ thể ngư i, Các nhiệt kế khác sử dụng đo nhiệt độ cao trong kỹ thuật nhiệt luyện kim hoặc các ngành công nghiệp khác THÔNG SỐ TRẠNG TH I & HÀM TRẠNG TH I 4 N i năng - Toàn bộ các dạng năng lượng bên trong của vật hoặc m i chất - Ký hiệu: U (J) hay u (J/kg) - Trong nhiệt động học, gồm : N i. .. lượng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ của một đơn vị lượng chất của chất khí đó lên một độ theo một quá trình nhất định - Ký hiệu: C - Nhiệt dung riêng là đ i lượng phụ thuộc vào: + Bản chất + Nhiệt độ + Áp suất 2 Phân lo i nhiệt dung riêng a Theo nhiệt độ b Theo đơn vị đo lượng vật chất c Theo quá trình cấp nhiệt cho m i chất I NHIỆT DUNG RIÊNG a Phân lo i theo nhiệt độ - Nhiệt dung riêng thực: Giá... Đơn vị đo lượng m i chất là kg, ta có nhiệt dung riêng kh i lượng + Ký hiệu: C (J/kg.K) - Nhiệt dung riêng thể tích: + Đơn vị đo lượng chất là m3 chuẩn (ở p = 760 mmHg, t = 0C) Nhiệt dung riêng được g i là nhiệt dung riêng thể tích + Ký hiệu: C’ (J/m3.K) - Nhiệt dung riêng kmol + Đơn vị đo lượng m i chất là kilômol (kmol) Nhiệt dung riêng được g i là nhiệt dung riêng kilômol + Ký hiệu: C (J/kmol.K)... khi biết 2 thông số độc lập bất kỳ - Đồ thị trạng th i: + Gồm hai trục là 2 thông số trạng th i độc lập bất kỳ Ví dụ đồ thị p-v, T-s, i- s của h i nước, NH3… + Trạng th i cân bằng được biểu thị bằng 1 i m trên các đồ thị trạng th i đó CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 2 Quá trình nhiệt động - Quá trình MC biến đ i qua một chu i liên tiếp các trạng th i của hệ - i u kiện để có sự thay đ i trạng th i nhiệt động. .. Giá trị nhiệt dung riêng t i một giá trị nhiệt độ nào đó (1) dq C  dt Biến đ i và t2 lấy tích phân q   C dt t1 - Nhiệt dung riêng trung bình: Giá trị nhiệt dung riêng trong một khoảng nhiệt độ nào đó (t = t2 – t1) Biểu thức: q q t C t2   1 t2  t1 t Thay vào biểu thức của q ở trên ta có: t2 Ct 1 1 t2   Cdt  t t1 I NHIỆT DUNG RIÊNG b Phân lo i theo lượng chất - Nhiệt dung riêng kh i lượng:... lượng đẳng áp, J/kg.K B I 3 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG 1 Trạng th i cân bằng của hệ nhiệt động - Trạng th i của hệ nhiệt động trong đó các thông số trạng th i có giá trị đồng đều trong toàn bộ hệ và không thay đ i theo th i gian nếu như không có tác động (nhiệt hoặc công) từ m i trường phá vỡ trạng th i đó - Ngược l i là trạng th i không cân bằng - Trạng th i cân bằng của hệ đơn... TH I & HÀM TRẠNG TH I 3 Nhiệt độ - Mức đo trạng th i nhiệt (nóng, lạnh) của vật Theo thuyết động học phân tử: nhiệt độ là số đo động năng của các phân tử - Thông thường ta hay dùng hai thang nhiệt độ sau: + Nhiệt độ bách phân, ký hiệu là: t, 0C + Nhiệt độ tuyệt đ i, ký hiệu là T, đơn vị 0K - Quan hệ giữa hai thang nhiệt độ trên biểu thị bằng biểu thức: T = 273,15 + t ≈ 273 + t - Cần lưu ý rằng, biến... thiên nhiệt độ theo hai thang nhiệt độ trên là như nhau, tức là: ∆T = ∆ t và dT = dt THÔNG SỐ TRẠNG TH I & HÀM TRẠNG TH I 3 Nhiệt độ (tiếp) - Dụng cụ đo nhiệt độ g i chung là nhiệt kế - Nguyên tắc dựa vào các tính chất vật lý của vật thay đ i theo nhiệt độ Ví dụ: + Dựa vào sự dãn nở của chất lỏng theo nhiệt độ → nhiệt kế chất lỏng (thuỷ ngân, rượu…) + Dựa vào i n trở phụ thuộc vào nhiệt độ → nhiệt. .. đẩy thay đ i và tạo ra công lưu động để đẩy dòng khí dịch chuyển - Trong hệ kín trọng tâm của hệ không chuyển động nên năng lượng đẩy không tồn t i hay d = 0 THÔNG SỐ TRẠNG TH I & HÀM TRẠNG TH I 6 Entropi - Entropi được ký hiệu: S (J/K) hoặc s (J/kg.K) - Trong nhiệt động ngư i ta đã chứng minh được rằng vi phân nhiệt lượng dq chia cho nhiệt độ tuyệt đ i T của vật khi trao đ i nhiệt l i là vi phân toàn...HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LO I HỆ NHIỆT ĐỘNG c Hệ hở + Trọng tâm của hệ có chuyển động (chuyển động vĩ mô) + Kh i lượng của hệ thay đ i + MC i qua bề mặt ranh gi i giữa hệ và m i trường - Ví dụ: + Tuabin (h i hoặc khí) hoặc máy nén khí d Hệ cô lập - Hệ trong đó m i chất không trao đ i nhiệt và công v i m i trường - Ví dụ: Chất khí trong bình thép được bọc cách nhiệt có thể coi là hệ cô lập . CHẤT __________________________ I. NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC DẠNG TRAO Đ I NĂNG LƯỢNG. II. M I CHẤT, KHÍ THỰC, KHÍ LÝ TƯỞNG. III.HỆ NHIỆT ĐỘNG & PHÂN LO I HỆ NHIỆT ĐỘNG B I I. CÁC KH I NIỆM CƠ BẢN __________________________ B I. C Ủ Ủ A A M I CH M I CH Ấ Ấ T T CHƯƠNG III CHƯƠNG III . . C C Á Á C CHU TRÌNH NHI C CHU TRÌNH NHI Ệ Ệ T Đ T Đ Ộ Ộ NG NG PHẦN I. NHIỆT ĐỘNG HỌC __________________________ PHẦN I. NHIỆT ĐỘNG HỌC __________________________ B B À À I. I. NHIỆT ĐỘNG HỌC PHẦN II. CƠ SỞ TRUYỀN NHIỆT N I DUNG MÔN HỌC __________________________ N I DUNG MÔN HỌC __________________________ CHƯƠNG I CHƯƠNG I . . NH NH Ữ Ữ NG KH NG KH Á Á I NI I NI Ệ Ệ M