Nhiệt động học

CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Nội dung Đối tượng nghiên cứu nhiệm vụ môn học Hệ nhiệt động thông số trạng thái Quá trình chu trình nhiệt động Phương trình trạng thái Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Đối tượng phương pháp nhiệt độ Đối tượng nghiên cứu - Nhiệt động ngành khoa học nghiên cứu quy luật khách quan có liên quan đến nhiệt giải pháp ứng dụng có hiệu quy luật vào kỹ thuật - Cụ thể nhiệt động nghiên cứu quy luật biến đổi nhiệt thành công; trình chu trình nhiệt động hệ thống thiết bị nhiệt Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.1 Đối tượng phương pháp nhiệt độ Phương pháp nghiên cứu: Bằng phương pháp giải tích, thực nghiệm kết hợp hai - Phương pháp giải tích: Ứng dụng định luật vật lý kết hợp với biến đổi toán học để tìm công thức thể quy luật tượng, trình nhiệt động - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành thí nghiệm để xác định giá trị thông số thực nghiệm, từ tìm quy luật công thức thực nghiệm Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ nhiệt động môi trường xung quanh Hệ thống thiết bị nhiệt Trong thực tế gặp nhiều hệ thống thiết bị nhiệt máy lạnh, máy điều hoà nhiệt độ, thiết bị sấy, chưng cất, thiết bị nhà máy điện…chúng thực việc chuyển tải nhiệt từ vùng đến vùng khác biến đổi nhiệt thành công * Hệ thống thiết bị: Máy lạnh, máy điều hoà nhiệt độ tiêu tốn công để chuyển tải nhiệt từ vùng có nhiệt độ thấp (buồng lạnh) đến vùng có nhiệt độ cao (không khí bên ngoài) Tua bin nhà máy nhiệt điện nhận nhiệt từ nguồn nóng (có nhiệt độ cao) nhả nhiệt cho nguồn lạnh để biến đổi nhiệt thành Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ nhiệt động môi trường xung quanh Định nghĩa: - Hệ nhiệt động vật hay hệ vật tách để nghiên cứu tính chất nhiệt động chúng Tất vật lại hệ nhiệt động gọi môi trường xung quanh Ranh giới hệ nhiệt động môi trường vật thật, ranh giới thật bề mặt tưởng tượng Có nhiều loại hệ nhiệt động, tuỳ theo tiêu chuẩn phân loại khác Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ nhiệt động môi trường xung quanh Phân loại hệ nhiệt động - Hệ kín hệ hở: + Hệ kín hệ trao đổi lượng trao đổi chất với môi trường xung quanh + Hệ hở hệ có trao đổi chất với môi trường xung quanh Ví dụ: Ở tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ lượng môi chất (ga làm lạnh) không thay đổi, hệ kín; Ở động xe máy, môi chất lượng khí thay đổi liên tục  Hệ hở Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ nhiệt động môi trường xung quanh Phân loại hệ nhiệt động - Hệ cô lập hệ đoạn nhiệt + Hệ cô lập hệ không trao đổi chất, không trao đổi nhiệt công với môi trường xung quanh + Hệ đoạn nhiệt hệ không trao đổi nhiệt với môi trường Trong thực tế, hệ hoàn toàn cô lập đoạn nhiệt, mà gần với sai số cho phép Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.2 Hệ nhiệt động môi trường xung quanh Phân loại hệ nhiệt động - Hệ đồng hệ không đồng nhất: + Hệ đồng hệ môi chất có pha, đồng tính chất vật lý hoá học toàn thể tích + Hệ không đồng gồm nhiều pha pha tồn ranh giới rõ rệt tính chất vật lý hoá học có khác pha Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái thông số trạng thái Chất môi giới - Để biến đổi nhiệt thành công, động thiết bị nhiệt người ta sử dụng môi chất trung gian gọi chất môi giới, môi chất hay chất công tác - Trong thực tế, môi chất thường thể lỏng, thể khí (dễ nén giãn nở thuận lợi cho việc trao đổi công) Ví dụ: Các môi chất thường hay sử dụng nước, không khí, sản phẩm cháy, môi chất lạnh (NH3, frêôn) Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái thông số trạng thái Trạng thái thông số trạng thái - Trạng thái tập hợp thông số xác định tính chất nhiệt vật lý môi chất hay hệ thời điểm Nói chung trạng thái tồn thời điểm định - Thông số trạng thái thông số xác định tính chất nhiệt vật lý hệ môi chất trạng thái định Thông số trạng thái hàm đơn trị, có vi phân toàn phần, biến thiên thông số trạng thái trình phụ thuộc vào trạng thái đầu cuối chất môi giới mà không phụ thuộc vào diễn biến trình Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.1 Khái niệm - Hỗn hợp khí lý tưởng khí lý tưởng tương đương không xảy phản ứng hoá học mà hỗn hợp học nhiều chất khí - Áp suất riêng phần (phân áp suất): Áp suất riêng phần chất khí hỗn hợp áp suất chất khí tách giữ nguyên nhiệt độ thể tích hỗn hợp Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.1 Khái niệm - Thể tích riêng phần (phân thể tích): Thể tích riêng phần chất khí hỗn hợp thể tích chất khí tách khỏi hỗn hợp giữ nguyên áp suất nhiệt độ hỗn hợp V1 V2 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.1 Khái niệm - Định luật Dalton: Trong điều kiện phản ứng hoá học áp suất hỗn hợp khí tổng phân áp suất chất khí tạo nên hỗn hợp n p = p1 + p2 + + pn = ∑ pi i =1 Trong đó: p – Áp suất hỗn hợp pi – phân áp suất chất khí N/m2 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.1 Khái niệm - Định luật Dalton: - Nhiệt độ chất khí thành phần nhiệt độ hỗn hợp khí T1 = T2 = = Tn = Thh - Khối lượng hỗn hợp khí khối lượng tất khí thành n phần tạo nên hỗn hợp G = ∑ Gi i =1 - Thể tích hỗn hợp khí tổng thể tích tất chất khí thành phần tạo nên hỗn hợp: n V = ∑ Vi i =1 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.2 Các thành phần hỗn hợp Thành phần khối lượng : Thành phần khối lượng chất khí hỗn hợp tỉ số khối lượng chất khí với khối lượng hỗn hợp G G gi = Trong đó: i n ∑ Gi = i G i =1 gi – thành phần khối lượng chất khí thứ I Gi - khối lượng chất khí thứ i hỗn hợp, kg G - khối lượng hỗn hợp, kg Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.2 Các thành phần hỗn hợp Thành phần thể tích: tỷ số thể tích riêng phần chất khí với thể tích hỗn hợp ri = Trong đó: Vi n ∑V i =1 = Vi V i ri – thành phần thể tích chất khí thứ i Vi - thể tích riêng phần chất khí thứ i hỗn hợp, m3 V - Thể tích hỗn hợp, m3 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.2 Các thành phần hỗn hợp Thành phần mol: Thành phần mol chất khí hỗn hợp tỉ số số kmol chất khí với só kmol hỗn hợp ri = Trong đó: mi n ∑m i =1 = mi m i ri – thành phần mol chất khí thứ i mi - số kmol chất khí thứ i hỗn hợp m - số kmol hỗn hợp, m3 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.2 Các thành phần hỗn hợp Thành phần mol: Thành phần mol chất khí hỗn hợp tỉ số số kmol chất khí với só kmol hỗn hợp Theo định luật Avogadro: Trong điều kiện nhiệt độ áp suất thể tích 1kmol tất chất khí nhau: Vi V Vi mi = hay = = ri mi m V m Như thành phần mol thành phần thể tích Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.2 Các thành phần hỗn hợp Quan hệ thành phần - Tính thành phần khối lượng theo thành phần thể tích mi µi Gi Gi mi µi r µ gi = = n = n = nm = ni i mi G Gi ∑ mi µi ∑ µi ∑ ri µi ∑ i =1 i =1 i =1 m i =1 - Tính thành phần thể tích theo thành phần khối lượng Gi Gi mi µi G.µi ri = n = n = n = Gi Gi mi ∑ ∑ ∑ µ i =1 i =1 i =1 G.µ i i gi µi n gi ∑ i =1 µ i Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.3 Phương trình trạng thái khí hỗn hợp Vì hỗn hợp khí lý tưởng khí lý tưởng nên áp dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng cho hỗn hợp khí lý tưởng Vấn đề phải xác định thông số trạng thái hỗn hợp p.V = G.R.T Khối lượng hỗn hợp n G = ∑ Gi i =1 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.3 Phương trình trạng thái khí hỗn hợp p.V = G.R.T Thể tích hỗn hợp Trong điều kiện phản ứng hoá học, theo định luật Amagat – Leduc Thể tích hỗn hợp tổng phân thể tích n V = ∑ Vi i =1 Số kilômol n m = ∑ mi i =1 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.3 Phương trình trạng thái khí hỗn hợp p.V = G.R.T Nhiệt độ hỗn hợp T = Ti Áp suất hỗn hợp n p = ∑ pi i =1 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.3 Phương trình trạng thái khí hỗn hợp p.V = G.R.T Khối lượng kmol hỗn hợp n n i =1 i =1 G = ∑ Gi hay m.µ = µ ∑ mi hay hay n µ = ∑ µi ri i =1 µ= n gi ∑ i =1 µ i Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.3 Hỗn hợp khí lý tưởng 1.3.3 Phương trình trạng thái khí hỗn hợp p.V = G.R.T Hằng số chất khí hỗn hợp n gi 8314 8314 R= = n = 8314.∑ µ i =1 µ i ∑ ri µi i =1 Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Bài tập chương 1: Bài Một bình tích 0,625 m3 chứa ôxi với p = 23 bar, nhiệt độ 280oC xác định: - Khối lượng ôxi bình, kg -Thể tích riêng khối lượng riêng ôxi bình trạng thái trạng thái tiêu chuẩn (p=760mmHg, t= 0oC) - Thể tích ôxi chứa bình quy điều kiện tiêu chuẩn Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt [...]... trình nhiệt động và chu trình nhiệt động Quá trình nhiệt động Quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi liên tục trạng thái của một hệ nhiệt động Điều kiện để xảy ra quá trình nhiệt động là có sự trao đổi nhiệt và công vơi môi trường xung quanh Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.4 Quá trình nhiệt động và chu trình nhiệt động. .. gồm: hoá năng, năng lượng nguyên tử và nội nhiệt năng Thực tế khi nghiên cứu các chất khí không có phản ứng hoá học và phản ứng hạt nhân nên chí có nội nhiệt năng thay đổi Trong nhiệt động học nội năng chính là nội nhiệt năng Nội năng bao gồm hai thành phần: nội động năng và nội thế năng Nội động năng là động năng cuat chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, dao động của các phân tử, nguyên tử; còn nội... 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái và thông số trạng thái Nhiệt độ tuyệt đối Thang đo nhiệt độ Trong hệ thống SI thường dùng hai thang đo nhiệt độ: - Thang nhiệt độ bách phân: Nhiệt độ kí hiệu bằng chữ t, đơn vị đo là độ Censius (0C) - Thang đo tuyệt đối: Nhiệt độ kí hiệu bằng chữ T, đơn vị đo là độ Kenvin (oK) Mối quan hệ giữa nhiệt độ tuyệt đối và nhiệt độ bách phân: T = t + 273,15 Presented By Harry... cơ bản 1.1.4 Quá trình nhiệt động và chu trình nhiệt động Chu trình nhiệt động Một quá trình mà trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau thì gọi là chu trình, tức là một quá trình khép kín Ngoài trừ các động cơ nhiệt đốt nhiên liệu, các động cơ và máy nhiệt khác thường làm việc theo chu trình Sở dĩ như vậy là vì sinh công (hay nhiệt) một cách liên tục cần biến đổi trạng thái chất môi giới một cách... tiến hành biến đổi trạng thái chất môi giới trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục sinh công (nhiệt) vì thế nên tạo chu trình Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.4 Quá trình nhiệt động và chu trình nhiệt động Chu trình nhiệt động Presented By Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2... giá trị bằng lực tác động vuông góc lên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc Ký hiệu là p, đơn vị là N/m2 (Pa) F: Lực tác động vuông góc lên bề mặt, N S : Diện tích bề mặt chịu tác động, m2 Presented By Harry Kỹ thu Millsậ/ tPRESENTATIONPRO nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái và thông số trạng thái Áp suất Theo thuyết động học phân tử, áp suất... CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái và thông số trạng thái Nhiệt độ tuyệt đối Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của vật Được xác định theo công thức: T : Nhiệt độ tuyệt đối, oK 2 m : Khối lượng phân tử (kg) m.ϖ ϖ : Vận tốc chuyển động tịnh tiến trung T= bình của các phân tử, m/s 3.k k: Hằng số Boltzman, k=1,3805.10-23 (J/độ) Presented... Harry Millsậ/ tPRESENTATIONPRO Kỹ thu nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái và thông số trạng thái Nội năng Trong quá trình nhiệt động người ta chỉ quan tâm đến biến thiên động năng mà không cần biết chính xác giá trị nội năng ở từng trạng thái Vì vậy người ta chọn gốc tại đó nội năng bằng 0 là ở t=0,01 oC và p = 0,0062 at (điểm ba thể nước) Presented... (j/kg); Đối với Gkg ký hiệu là I (J) Phương trình vi phân Khí lý tưởng Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Presented By Harry Kỹ thu Millsậ/ tPRESENTATIONPRO nhi ệt CHƯƠNG : CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Các khái niệm cơ bản 1.1.3 Chất môi giới, trạng thái và thông số trạng thái Entanpi Tương tự như nội năng, trong các quá trình nhiệt động người ta chỉ cần biết biến thiên entanpi mà không cần biết giá trị... suất Theo thuyết động học phân tử, áp suất của chất khí tỷ lệ với động năng chuyển động tịnh tiến trung bình của các phân tử và số các phân tử khí trong một đơn vị thể tích: m.ϖ p = α n 3 2 n : Số phần tử chất khí trong một đơn vị thể tích α: Hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào kích thước các phân tử và lực tương tác giữa chúng ϖ : Vận tốc chuyển động tịnh tiến trung bình của các phân tử, m/s m: Khối lượng phân ... 1.1.4 Quá trình nhiệt động chu trình nhiệt động Quá trình nhiệt động Quá trình nhiệt động trình biến đổi liên tục trạng thái hệ nhiệt động Điều kiện để xảy trình nhiệt động có trao đổi nhiệt công... nội nhiệt Thực tế nghiên cứu chất khí phản ứng hoá học phản ứng hạt nhân nên chí có nội nhiệt thay đổi Trong nhiệt động học nội nội nhiệt Nội bao gồm hai thành phần: nội động nội Nội động động... trình nhiệt động chu trình nhiệt động Chu trình nhiệt động Một trình mà trạng thái đầu trạng thái cuối trùng gọi chu trình, tức trình khép kín Ngoài trừ động nhiệt đốt nhiên liệu, động máy nhiệt