Định luật nhiệt động 2

PGS.TS Trương Vĩnh ThS Diệp Thanh Tùng KS Đào Ngọc Duy Định luật nhiệt động Chu trình nhiệt động Chu trình Carnot Biểu thức giải tích định luật Entropy » Định luật I định luật bảo toàn chuyển hóa lượng viết cho trình nhiệt động » Định luật cho phép tính toán cân lượng trình, xác định lượng nhiệt chuyển hóa thành công ngược lại » Tuy nhiên ĐL1 không cho ta biết điều kiện nhiệt biến đổi thành công liệu toàn nhiệt biến đổi hoàn toàn thành công không ĐỊNH LUẬT 5.1.1 Phát biểu » Nhiệt lượng tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng Muốn truyền phải tiêu tốn lượng » Không thể có động vĩnh cửu loại 2, động làm việc tiếp xúc với nguồn nhiệt Tức chế tạo máy có khả biến toàn nhiệt lượng nhận thành công 5.1.2 Ý nghĩa » Chiều, hướng, điều kiện chuyển hóa lượng » Hiệu chuyển hóa lượng 5.2.1 Khái niệm » Là hay tập hợp số trình xảy liên tiếp mà chất môi giới trở lại trạng thái ban đầu » Chu trình thuận chiều: theo kim đồng hồ, biến nhiệt thành công (l>0) Ví dụ: động nhiệt » Chu trình ngược chiều: ngược kim đồng hồ (l0 » Qui ước: l > » Đồ thị: q o V1 V2 5.2.2 Chu trình thuận chiều » Kết quả: q1  lo  q q1  q q2 lo   1 » Hiệu suất nhiệt: t  q1 q1 q1 q1> - tổng nhiệt lượng cấp cho môi chất q2< - tổng nhiệt lượng thải lo > - tổng công sinh chu trình Đánh giá mức độ hoàn thiện biến đổi nhiệt thành công 5.2.5 Chu trình ngược chiều » Định nghĩa: chu trình mà môi chất nhận công từ bên để lấy nhiệt từ nguồn lạnh nhả cho nguồn nóng » Qui ước: l < q1 l Q2 Q T T S1 > S2 T1 > T2 S1 < S2 S ~ Q S ~ 1/T Q 5.5.2 Biểu thức giải tích » Xét chu trình thuận nghịch bất kỳ: δq = T δq + 1a2 T δq =− 1a2 T δq T Đặt: ds δq =0 2b1 T δq = 2b1 T δq 1b2 T hàm trạng thái = 𝛅𝐪 gọi entropy (J/kg.độ) 𝐓 5.5.2 Biểu thức giải tích » Quá trình không thuận nghịch: Xét chu trình không thuận nghịch 1a2b1 (gồm 1a2 không thuận nghịch, 2b1 : thuận nghịch) Mà 2b1 trình thuận nghịch nên: ds > 𝛅𝐪 𝐓 5.5.2 Biểu thức giải tích TỔNG QUÁT δq =: TN ds ≥ T >: không TN 5.5.3 Tổng quát l s QT không TN » ĐL1: q = du + l du hàm trạng thái, gọi lr công trình thuận nghịch nên: q – l = qr – lr qr = q + (lr – l) qr = q + ltt ltt : công tổn thất gây không thuận nghịch 𝛅𝐪 𝛅𝐥𝐭𝐭 𝐝𝐬 = + 𝐓 𝐓 5.5.4 Độ biến thiên entropy khí lí tưởng dq Cv dT + pdv dT p ds = = = Cv + dv T T T T » Từ p phương trình khí lí tưởng: T dT dv ds = Cv +R T v = R v 𝐓𝟐 𝐯𝟐 ∆𝐬 = 𝐂𝐯 𝐥𝐧 + 𝐑 𝐥𝐧 𝐓𝟏 𝐯𝟏 𝐓𝟐 𝐩𝟐 ∆𝐬 = 𝐂𝐩 𝐥𝐧 − 𝐑 𝐥𝐧 𝐓𝟏 𝐩𝟏 𝐩𝟐 𝐯𝟐 ∆𝐬 = 𝐂𝐯 𝐥𝐧 + 𝐂𝐩 𝐥𝐧 𝐩𝟏 𝐯𝟏 5.5.5 Ý nghĩa entropy hóa học » Trong hóa học, entropy dùng với ý nghĩa để ước định độ tự hệ hóa học » Một hệ biến đổi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối, với trạng thái cuối tự trạng thái đầu: S = S2 – S1 < » Với trạng thái cuối tự trạng thái đầu: S = S2 – S1 > 5.5.5 Ý nghĩa entropy hóa học » Xác định dấu S QT, PƯ sau: 1) Nóng chảy, bay hơi, hòa tan chất rắn, pha loãng dung dịch, phản ứng tăng số mol khí 2) Đông đặc, ngưng tụ, kết tinh, cô cạn dung dịch, phản ứng giảm số mol khí 3) CH2  CH2 (k) + H2 (k)  CH3 – CH3 (k) 4) N2 (k) + 3H2 (k)  2NH3 (k) 5) Cl2  2Cl (k) 6) H2O (r)  H2O (l) 7) CaCO3 (r)  CaO + CO2 (k) 5.5.6 Tính chất entropy » Entropy tiêu chuẩn (S0298) đo điều kiện chuẩn (p = 1atm, t = 250C) » Hệ phức tạp, phân tử phức tạp entropy lớn Ví dụ: S0298(O) < S0298(O2) < S0298(O3) S0298(NO) < S0298(NO2) 5.5.6 Tính chất entropy » Đối với chất trạng thái rắn, lỏng, khí, entropy có giá trị khác tăng dần S(rắn) < S(lỏng) < S(khí) So298 (J/kgK) H2O(lỏng) 69.91 H2O(khí) 188.8 5.5.6 Tính chất entropy » Nhiệt độ tăng làm tăng entropy, ngược lại áp suất tăng làm giảm entropy S0298H2O (lỏng) < S0350H2O (lỏng) S400H2O (khí, atm ) < S450H2O (khí, 1atm) 5.5.7 Tính S cho PƯ hóa học SoT(pư)= SoT(pư)(sản phẩm) - SoT(pư) (chất đầu) *Chú ý: nhân hệ số tỷ lượng Tính So298 So1500 (J/kgK) pư: C(gr) + CO2(k) → 2CO(k) So298 5,74 213,68 197,54 So1500 33,44 291,76 248,71 » So298 = 175,66 (J/K) » So1500 = 172,22 (J/K) 5.5.8 Entropy tiêu chuẩn 298K Chất S298 (J/mol.K) Chất S298 (J/mol.K) H2O(l) H2O(k) I2(r) 69.9 188.8 116.7 NaCl(r) NaCl(aq) Na2CO3(r) 72.3 115.5 136.0 I2(k) Na(r) K(r) Cs(r) 260.6 51.5 64.7 85.2 CH4(k) C2H6(k) C3H8(k) C4H10(k) 186.3 229.5 269.9 310.0 .. .Định luật nhiệt động Chu trình nhiệt động Chu trình Carnot Biểu thức giải tích định luật Entropy » Định luật I định luật bảo toàn chuyển hóa lượng viết cho trình nhiệt động » Định luật cho... suất nhiệt cao » Tiến hành chu trình: 1 -2: Giãn nở đẳng nhiệt 2- 3: Giãn nở đoạn nhiệt 3-4: Nén đẳng nhiệt 4-1: Nén đoạn nhiệt 5.3 .2 Chu trình Carnot thuận chiều » Hiệu suất nhiệt: q2 C ... đoạn nhiệt 4-1: Nén đẳng nhiệt 5.3.3 Chu trình Carnot ngược chiều » Hệ số làm lạnh: q2 q2 C   lo q1  q » Nhiệt lượng: q1 = q41 = T1.(s1 – s4) = q2 = q23 = T2.(s3 – s2) = v1 RT1ln v4 v3 RT2ln