hóa lý định luật thứ nhất

Chương III ĐỊNH LUẬT THỨ NHẤT PGS.TS Trương Vĩnh ThS Diệp Thanh Tùng KS Đào Ngọc Duy NỘI DUNG 3.1 3.2 3.3 3.4 Sự truyền lượng Nhiệt Cơng Định luật nhiệt động I 3.1 SỰ TRUYỀN NĂNG LƯNG  Nhiệt công đại lượng đặc trưng cho trao đổi lượng môi chất môi trường thực trình  Khi môi chất trao đổi nhiệt tồn chênh lệch nhiệt độ  Khi môi chất trao đổi công với môi trường kèm theo chuyển động 3.2 NHIỆT  Khi có khác biệt nhiệt độ hệ môi trường trao đổi lượng Nhiệt (Q)  Một vật có nhiệt độ khác không phân tử nguyên tử chuyển động hỗn loạn vật mang lượng nhiệt 3.2 NHIỆT  Khi hai vật tiếp xúc nội vật nóng truyền sang vật lạnh trình truyền nhiệt  Lượng nội truyền trình gọi nhiệt lượng trao đổi hai vật  Ký hiệu: Q tính cho G (kg), đơn vị: kJ hay q tính cho kg đơn vị: kJ/kg  Qui ước: q > 0: vật nhận nhiệt q < 0: vật tỏa nhiệt 3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – khái niệm  Khảo sát q trình vơ bé, cấp cho khối chất mơi giới lượng q làm tăng 𝐪 nhiệt độ mơi giới lượng dT thì: C= 𝐝𝐓 gọi nhiệt dung riêng  q Nhiệt hàm q trình  ĐN: nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho đơn vị vật chất để nhiệt độ tăng lên độ  Ký hiệu: C Đơn vị: kJ/kgC hay kJ/kgK  NDR phụ thuộc vào chất, p, T 3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân loại Theo đơn vò đo môi chất: 1[kg] - NDR khối lượng, C= 1[m3] - NDR thể tích, C’= 1[kmol] - NDR kmol, Cµ= 𝐝𝐪 𝐆𝐝𝐓 𝐝𝐪 𝐕𝐝𝐓 [kJ/kg.độ] [kJ/m3.độ] 𝐝𝐪 [kJ/kmol.độ] 𝐧𝐝𝐓 Quan hệ: Cμ = μ C = 22,4 C’ 3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân loại Theo tính chất trình: + Quá trình có áp suất không đổi: NDR khối lượng đẳng áp, Cp (kJ/kg.độ) NDR thể tích đẳng áp, C’p (kJ/m3.độ) NDR kmol đẳng áp, Cµp (kJ/kmol.độ) 3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân loại Theo tính chất trình: + Q trình tích khơng đổi:  NDR khối lượng đẳng tích, Cv (kJ/kg.độ)  NDR thể tích đẳng tích, C’v (kJ/m3tc.độ)  NDR kmol đẳng tích, Cµv (kJ/kmol.độ) 3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – quan HỆ Cơng thức Mayer: Cp- Cv=R (1)  (Cp – Cv) = R hay Cp - Cv = R = 8314 𝐂 𝐂𝛍𝐯 𝛍𝐩 ′ ′ 𝐂𝐯 = = 𝐯𝐭𝐜 𝐂𝐯 𝐂𝐩 = = 𝐯𝐭𝐜 𝐂𝐩 𝛍 𝛍 𝐂𝐩 𝐂𝛍𝐩 (2) = = 𝐤 𝐂𝐯 𝐂𝛍𝐯 (1)(2) 𝐂𝐯 = 𝐑 𝐤−𝟏 k- số mũ đoạn nhiệt 𝐂𝐩 = 𝐑 𝐤 𝐤−𝟏 3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG Sự phụ thuộc NDR vào nhiệt độ C = ao + a1.t C = ao + a1.t + a2.t2 C = ao + a1.t + a2.t2+a3t3 +…+ antn a0, a1,…an – hệ số Với khí lý tưởng C = const 3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG  Nếu biết NDR trung bình từ đến t NDR trung bình từ t1 đến t2 tính sau: 𝐭𝟐 𝐭𝟏 𝐓𝟐 𝐂| 𝟎 𝐓𝟐 − 𝐂| 𝟎 𝐓𝟏 𝐂 = 𝐂| = 𝐓𝟏 𝐓𝟐 − 𝐓𝟏  Nếu C|T = a + bt có dạng đường thẳng 𝐓𝟐 𝐂| = 𝐚 + 𝐛(𝐭 𝟏 + 𝐭 𝟐 ) 𝐓𝟏 3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG NDR hỗn hợp  Nhiệt lượng tiêu tốn để nâng nhiệt độ hỗn hợp lên độ = tổng nhiệt lượng tiêu tốn để nâng nhiệt độ khí thành phần lên độ  G.C = G1.C1 + G2.C2 + + Gn.Cn 𝐧 𝐢=𝟏 𝐠𝐢 𝐂𝐢 C’hh = r1.C’1 + r2.C’2 + + rn.C’n = 𝐧𝐢=𝟏 𝐫𝐢 𝐂′𝐢 Chh = r1.C1 + r2.C2 + + rn.Cn= 𝐧𝐢=𝟏 𝐫𝐢 𝐂𝐢 Chh = g1.C1 + g2.C2 + + gn.Cn = 3.1.2 TÍNH NHIỆT LƯNG c= dq dt  dq = C.dt  q12 = C dt Q = G.C.(T2 – T1) = G C.ΔT = Vt/c.C’.∆T = n.Cµ.∆T G: khối lượng mơi chất, kg Vt/c: thể tích mơi chất điều kiện chuẩn m3 n: số kilơmol mơi chất 3.2 CÔNG  Công (W) dạng khác lượng truyền hệ môi trường  Khi thực trình, p, V thay đổi dòch chuyển trọng tâm khối môi chất phần lượng nhiệt Công trình  Độ lớn công thực tích lực đẩy F với khoảng cách di chuyển l pit-tông 3.2 CÔNG  W = F l = (F/A)A l = P V Công (J= Joules) tích áp suất (N/m2 hay Pa) với thay đổi thể tích hệ (m3)  Qui ước: Nếu W > 0: môi trường thực công lên hệ Nếu W < 0: hệ thực công lên môi trường  Các loại công: công giãn nở (công thay đổi thể tích), công lưu động (công thay đổi vò trí), công kỹ thuật (công thay đổi áp suất) 3.2.1 CÔNG DÃN NỞ  dl = p.A.dx = p.dv  Công dãn nở trình (1) (2): p lgn = v p.dv v2 dv Diện tích (v112v2 ) = lgn -Công phụ thuộc trình nên hàm trạng thái -Vì p > nên khi: dv > l>0 : dãn nở sinh công dv < l – dãn nở  mơi chất sinh cơng lkt < – nén  mơi chất nhận cơng 3.3 PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG  Q trình cân bằng: trạng thái trung gian trạng thái cân hệ  Q trình thuận nghịch: q trình cân bằng, thực chiều ngược lại từ cuối đến đầu, hệ qua tất trạng thái cân trung gian từ đầu đến cuối  Q trình khơng thuận nghịch: khơng thỏa mãn điều kiện trên, thực tế Trong kỹ thuật, q trình thực gần với q trình thuận nghịch 3.4 ĐỊNH LUẬT 3.4.1 Phát biểu: Năng lượng không biến đổi qua lại Tổng dạng lượng hệ kín không đổi 3.4.2 Ý nghóa: Mối tương quan nhiệt dạng lượng khác  Tính bảo tồn lượng 3.4 ĐỊNH LUẬT 3.4.3 Các dạng biểu thức  Hệ kín: Nhiệt lượng hệ nhận vào q = du + dl = du + pdv Lượng biến đổi nội Cơng hệ sinh Đẳng tích: qv = du = Cv.dT Đẳng áp: qp = du + p.dv = du + p.dv + v.dp - v.dp = d(u + pv) - v.dp = d(u + pv) - v.dp qp = di = Cp.dT  Hệ hở: q = di – vdp = di + lkt Ý NGHĨA ENThALPY  u lượng hệ kín  i = u + pv lượng hệ hở, tác động với môi trường, nội hệ phải có thêm phần lượng môi trường đặt lên hệ  Enthanpi thông số trạng thái, không đo trực tiếp mà tính thông qua u, p v  Enthanpi khí thực phụ thuộc T v  Đối với khí lý tưởng, enthanpi phụ thuộc T? TÓM LẠI Với hệ: q = du + dl = Cv.dT + p.dv q = di + lkt = Cp.dT – v.dp Với trình cụ thể: q = u + lgn q = i + lkt Với khí lý tưởng: u  Cv TT T2  T1  Enthalpy: i = u + pv Với khí lý tưởng: i  C T2 p T1 T2  T1  ... nghịch 3.4 ĐỊNH LUẬT 3.4.1 Phát biểu: Năng lượng không biến đổi qua lại Tổng dạng lượng hệ kín không đổi 3.4.2 Ý nghóa: Mối tương quan nhiệt dạng lượng khác  Tính bảo tồn lượng 3.4 ĐỊNH LUẬT 3.4.3...NỘI DUNG 3.1 3.2 3.3 3.4 Sự truyền lượng Nhiệt Cơng Định luật nhiệt động I 3.1 SỰ TRUYỀN NĂNG LƯNG  Nhiệt công đại lượng đặc trưng cho trao đổi lượng... v  Đối với khí lý tưởng, enthanpi phụ thuộc T? TÓM LẠI Với hệ: q = du + dl = Cv.dT + p.dv q = di + lkt = Cp.dT – v.dp Với trình cụ thể: q = u + lgn q = i + lkt Với khí lý tưởng: u  Cv