bai giang nhiet hoc chuong 2 nguyen ly 1 nhiet dong hoc

NỘI DUNG  CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  NGUYÊN LÝ I VÀ HỆ QUẢ  ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  Trạng thái cân bằng: trạng thái mà thơng số hệ có giá trị xác định điều kiện bên khơng đổi  Q trình thuận nghịch-q trình bất thuận nghịch CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  Năng lượng chuyển động nhiệt: Năng lượng chuyển động nhiệt khối khí phần lượng chuyển động hỗn loạn phân tử khối khí tạo nên Nói cách khác, lượng chuyển động nhiệt tổng động phân tử khí K  kT  Động trung bình phân tử khí  Năng lượng chuyển động nhiệt khối khí 3 3m E  nNA kT  nRT  RT 2 2 R = kNA = 8,31 J/(mol.K) = 8,31.103J/(kmol.K) số khí lí tưởng m khối lượng khí  khối lượng mol khí CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN E i m i RT  nRT 2 gọi i số bậc tự phân tử khí, phân tử khí có 1, 2, nguyên tử i = 3, 5, Ví dụ: Tính lượng chuyển động nhiệt 0,5 mol khí nitơ (coi khí lí tưởng) nhiệt độ phịng thí nghiệm 500C Giải Phân tử khí nitơ (N2) có nguyên tử, nên số bậc tự phân tử khí i = Vậy, lựng chuyển động nhiệt khí là: E i nRT  0,5.8, 31.(273  50)  3355J 2 CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  Nội khí: Nội U khối khí phần lượng ứng với vận động bên khối khí đó, bao gồm lượng chuyển động nhiệt E, tương tác phân tử khí Et phần lượng bên phân tử EP U = E + Et + EP Với khí lý tưởng, Et = nên U = E + Ep  Ta có: i im dU = dE = RdT = n RdT 2 hay i U = n RT Độ biến thiên nội khối khí lí tưởng độ biến thiên lượng chuyển động nhiệt khối khí CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  Ví dụ Tính độ biến thiên nội 0,25kmol khí Argon (coi khí lý tưởng) nhiệt độ tăng từ 270C đến 500C Giải Độ biên thiên nội khí: i U  nRT Với n = 0,25kmol; R = 8,31.103 J/(kmol.K); T = (50 – 27) = 23K; phân tử khí Argon có ngun tử nên số bậc tự i = Vậy: U  0, 25.8, 31.103.23  71674J CÁC KHÁI NIỆM – ĐẠI LƯỢNG CƠ BẢN  Nhiệt lượng công: Khi hệ nhiệt động trao đổi lượng với bên ngồi  phần lượng trao đổi thể dạng cơng nhiệt lượng Cơng khí tồn q trình biến đổi từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) là: ( 2) A=   pdV (1)  Qui ước dấu: cơng A, nhiệt Q có giá trị dương hệ nhận từ bên ngồi có giá trị âm hệ cung cấp bên  Trong hệ SI, đơn vị nhiệt lượng jun (J) Trước đây, người ta dùng đơn vị nhiệt lượng calori (cal) Ta có: cal = 4,18 J hay 1J = 0,24 cal NGUYÊN LÝ I VÀ HỆ QUẢ  Nguyên lý I: Độ biến thiên nội hệ nhiệt động trình biến đổi ln tổng cơng nhiệt mà hệ trao đổi với mơi trường ngồi q trình biến đổi dU = A + Q hay U = A + Q A , Q dU vi phân công, nhiệt nội ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I  Khảo sát q trình biến đổi đẳng tích (V=const) ỨNG DỤNG NGUN LÝ I Ví dụ 6.4: Có 10 gam khí hêli (coi khí lý tưởng) đựng bình kín Người ta hơ nóng bình để nhiệt độ khối khí tăng thêm 200C Tính nhiệt lượng mà khí nhận vào Giải Vì khí đựng bình kín nên q trình biến đổi trạng thái khí đẳng tích Do đó, nhiệt lượng mà khí nhận vào tính cơng thức QV = i nR  T Với khí hêli (He), phân tử khí có nguyên tử, nên i = 3; số mol khí gam m 10   2, mol ; T = T2 – T1 = (t2 + 273) – (t1 + 273) = t = 20K  Vậy, nhiệt lượng mà khí nhận vào là: QV = 2, 5.8, 31.20  623 J n ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I  Khảo sát trình biến đổi đẳng áp (p=const) Hệ thức Mayer diễn tả quan hệ nhiệt dung mol đẳng áp nhiệt dung mol đẳng tích khí lý tưởng Theo ta có Cp > CV Vậy, nhiệt lượng cung cấp cho khối khí để nhiệt độ tăng lên độ trình đẳng áp lớn q trình đẳng tích Ví dụ 6.5: Có 14 gam khí nitơ (coi khí lý tưởng) nhiệt độ 270C, áp suất 2,5atm Sau hơ nóng đẳng áp, thể tích khí tăng đến 20 lít Tính cơng mà khí sinh ra, nhiệt lượng mà khối khí nhận độ biến thiên nội khí Giải Theo ta có: số mol khí nitơ n  m 14   , mol; nhiệt độ ban đầu khí  28 T1 = 27 +273 = 300K; áp suất ban đầu p1 = 2,5atm; số bậc tự phân tử khí nitơ (N2) i = Thể tích khí trạng thái đầu: V  Nhiệt độ khí trạng thái cuối: n R T1 , , 0   , lít p1 2, V2 V V 20 1220K   T  T1  0 T2 T1 V1 4, 92 Cơng khí: A   p  V   , 5 (  , )    7 J Nhiệt lượng: Qp = n ( i  1) R  T  , (  1).8 , (1 2  0 )  13380J 2 Vậy khí nhận nhiệt lượng 13380J sinh cơng 3770J Độ biến thiên nội năng: U = Qp + A12 = 13380 – 3770 = 9610J ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I  Khảo sát trình biến đổi đẳng nhiệt (T=const) ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I Ví dụ 6.6: Có gam khí ơxy (coi khí lý tưởng) nén đẳng nhiệt từ nhiệt độ 270C, áp suất 1atm đến thể tích lít Tính cơng cần thiết để nén khí Giải m Số mol khí ôxy: n    0, 25 mol  32 Thể tích ban đầu khí: V1  Cơng khí: A =  nRT ln( nRT1 0, 25.0, 082.(273  27)   6,15 lít p1 V2 )  0, 25.8,31.300.ln( )  700J V1 6,15 Vậy cần tốn cơng 700J để nén khí ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I  Khảo sát trình biến đổi đoạn nhiệt ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I Ví dụ 6.7: Một khối khí Hydro (coi khí lý tưởng) áp suất p1 = 1,5atm, thể tích V1 = 10lít giãn nở đoạn nhiệt để thể tích tăng gấp đơi Tính cơng khí Giải Phân tử khí Hydro (H2) có hai nguyên tử, nên có số bậc tự i = Chỉ số đoạn nhiệt:   i 2 5   1, i Ta có: p V2  p1V1 mà V2 = 2V1 = 20lít  1,4 V  1 Suy ra, áp suất trạng thái cuối là: p  p1    1,5   2  V2   0,57atm Cơng khí : A 1 (p V2  p1V1 )  (0,57.105.20.103  1,5.105.10.103 )  900J  1 1,  Vậy khí sinh cơng 900J ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I ... V2  p1V1 mà V2 = 2V1 = 20 lít  1, 4 V  ? ?1? ?? Suy ra, áp suất trạng thái cuối là: p  p1    1, 5   ? ?2? ??  V2   0,57atm Công khí : A 1 (p V2  p1V1 )  (0,57 .10 5 .20 .10 3  1, 5 .10 5 .10 .10 3... R T1 , , 0   , lít p1 2, V2 V V 20  12 2 0K   T  T1  0 T2 T1 V1 4, 92 Công khí: A   p  V   , 5 (  , )    7 J Nhiệt lượng: Qp = n ( i  1) R  T  , (  1) .8 , (1 2  0 )  13 380J... tử, nên i = 3; số mol khí gam m 10   2, mol ; T = T2 – T1 = (t2 + 27 3) – (t1 + 27 3) = t = 20 K  Vậy, nhiệt lượng mà khí nhận vào là: QV = 2, 5.8, 31 .20  623 J n ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ I  Khảo