Chuong 3 nguyen ly thu hai nhiet dong luc hoc

Ch ng NGUYểNăLụăTH ăHAIă NHI Tă NGăL CăH C Nguy n Xuân Th u -BMVL HĨăN Iă 2016 CH NGă3.ăNGUYểNăLụăTH ăHAIăNHI Tă NGăL CăH C N IăDUNGăCHệNH  Nh ng h n ch c a nguyên lý th Nh t nhi t đ ng l c h c  Quá trình thu n ngh ch trình không thu n ngh ch  Nguyên lý th Hai c a nhi t đ ng l c h c  Chu trình Carnot đ nh lý Carnot  Bi u th c đ nh l ng c a nguyên lý Hai NH NGăH NăCH ăC AăNGUYểNăLụăTH ăNH TăC AăNHI Tă NGăL CăH C • Nguyên lý th nh t không cho ta bi t chi u di n bi n c a trình th c t x y ó là: Nhi t ch truy n t v t nóng sang v t l nh • Nguyên lý th nh t không đ c p đ n s khác trình chuy n hóa công nhi t ó là: Công có th bi n hoàn toàn thành nhi t nh ng ng c l i nhi t ch có th bi n m t ph n mà không th bi n hoàn toàn thành công đ c • Nguyên lý th nh t không đ c p t i v n đ ch t l ng c a nhi t ó là: Nhi t l ng l y môi tr ng có nhi t đ cao có ch t l ng cao h n nhi t l ng l y môi tr ng có nhi t đ th p h n QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.1.ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă  Quá trình thu n ngh ch trình bi n đ i c a h t tr ng thái A sang tr ng thái B ng c l i t tr ng thái B sang tr ng thái A qua t t c tr ng thái trung gian mà trình thu n qua QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.1.ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă  Quá trình thu n ngh ch trình cân b ng  Trên gi n đ tr ng thái, đ th c a trình thu n đ th c a trình ngh ch s trùng  Công nhi t h nh n đ c trình ngh ch b ng công nhi t h c p cho bên trình thu n  i v i trình thu n ngh ch, sau ti n hành trình thu n trình ngh ch đ đ a h tr v tr ng thái ban đ u môi tr ng xung quanh không x y m t bi n đ i QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.2.ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CHă  Quá trình không thu n ngh ch trình ti n hành theo chi u ngh ch, h không qua đ y đ tr ng thái trung gian nh trình thu n  Công nhi t h nh n đ c t bên trình ngh ch không b ng công nhi t h c p cho bên trình thu n QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.2.ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CHă  i v i trình không thu n ngh ch, sau h th c hi n trình thu n ngh ch đ a h tr v tr ng thái ban đ u môi tr ng xung quanh b bi n đ i QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.3.ăVệăD ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CH Con l c dao đ ng không ma sát nhi t đ b ng nhi t đ môi tr ng Quá trình nén giãn khí đo n nhi t vô ch m QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.3.ăVệăD ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CH - Các trình x y có ma sát đ u trình không thu n ngh ch - Quá trình truy n nhi t t v t nóng sang v t l nh c ng m t trình không thu n ngh ch - Quá trình giãn khí chân không QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă NGH CH 2.4.ăụăNGH AăC AăVI CăNGHIểNăC UăCÁCăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă VĨăKHỌNGăTHU NăNGH CH 10  Chi u di n bi n t nhiên nh th nào? Chi u bi n đ i c a trình t nhiên ti n t i tr ng thái cân b ng Khi h tr ng thái cân b ng không th t phát x y trình đ a h t i tr ng thái không cân b ng  Các trình thu n ngh ch r t quan tr ng k thu t ch t o máy đ ho t đ ng theo trình g n v i trình thu n ngh ch s có hi u su t cao 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.1 Hàm Entropy nh ngh a hàm tr ng thái S c a h có đ bi n thiên t (1) đ n (2) theo m t trình thu n ngh ch đó: S  S2  S1   31 Q T Hàm S g i Entropy ( Q dS  T ) c a h và: 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.1 Hàm Entropy Tính ch t c a hàm Entropy 32  Hàm Entropy m t hàm tr ng thái M i tr ng thái c a h ng v i m t giá tr xác đ nh c a entropy  Entropy đ i l ng có tính c ng đ c: Entropy c a h cân b ng b ng t ng entropy c a t ng ph n riêng bi t  Entropy sai khác h ng s c ng: Q Q dS   S  S0   T T Th ng ch n S0  tr ng thái có T=0K Hàm entropy đ n tr  n v c a entropy: J/K 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.1 Hàm Entropy Xét chu trình không thu n ngh ch, đó: - Quá trình 1a2 không thu n ngh ch - Quá trình 2b1 thu n ngh ch V i chu trình không thu n ngh ch: 33 Q Q Q   0   0  T T 2b1 T 1a 2b1 1a Vì trình 2b1 thu n ngh ch nên: Q Q 2b1 T  1b2 T Q Q      S T T 1a 1b2 1a2 trình không thu n ngh ch 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.1 Hàm Entropy   i v i trình thu n ngh ch: Q S   T i v i trình không thu n ngh ch: 34  T ng quát: Q S   T Q S   T Q  dS  T ơy bi u th c đ nh l ng c a nguyên lý Tích phân Clausius theo trình không thu n ngh ch t tr ng thái đ n tr ng thái nh h n đ bi n thiên entropy c a h trình 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.2.ăNguyênălỦăt ngăEntropyă(nguyênălỦăti năhóa) i v i h cô l p (không có trao đ i nhi t): Q S   0 T  D u “=” ng v i trình thu n ngh ch  D u “>” ng v i trình không thu n ngh ch 35 Trong h cô l p, n u trình di n bi n thu n ngh ch Entropy c a h không đ i n u trình di n bi n không thu n ngh ch Entropy t ng 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.2.ăNguyênălỦăt ngăEntropyă(nguyênălỦăti năhóa) Nguyên lý t ng entropy: “V i trình nhi t đ ng th c t x y m t h cô l p, entropy c a h luôn t ng" 36  M t h cô l p không th hai l n qua tr ng thái (vì giá tr c a S không tr l i giá tr ban đ u  g i “nguyên lý ti n hóa”)  H tr ng thái cân b ng lúc entropy c a c c đ i 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.2.ăNguyênălỦăt ngăEntropyă(nguyênălỦăti năhóa) Víăd ă1:ă2ăv tătraoăđ iănhi t,ănhi tătruy năt ăv tă1ăsangăv tă2 T1 T2 Q1  Q2  Q1   Q1 Q Q Q  dS  dS1  dS2      Q    T1 T2 T1 T2  T2 T1  37 Theo nguyên lý t ng entropy dS>0 T1>T2, v y: v t nh n nhi t (2) ph i có nhi t đ th p h n v t t a nhi t (1) Nói cách khác, nguyên lý t ng entropy ch chi u di n bi n c a trình, nhi t ch truy n t v t nóng sang v t l nh Khi entropy c c đ i dS=0  T1=T2, v y: trình trao đ i nhi t k t thúc nhi t đ hai v t b ng (tr ng thái cân b ng nhi t) 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.2.ăNguyênălỦăt ngăEntropyă(nguyênălỦăti năhóa) Ví d 2: Xét chu trình, tác nhân tr l i tr ng thái ban đ u nên entropy không đ i, t c t ng đ bi n thiên entropy S2 c a ngu n l nh S1 c a ngu n nóng không đ i Q1 Q T2 S1  S2     Q  Q1 T1 T2 T1 38 Công th c hi n: A  Q1  Q  Hi u su t: T2 A   1 Q1 T 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.3.ăEntropyăc aăkhíălỦăt ng a) Quá trình đo n nhi t thu n ngh ch Q Q   S     S  const T  Quá trình đ ng entropy b) Quá trình đ ng nhi t thu n ngh ch (T=const) 39 Q Q S    T T 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.3.ăEntropyăc aăkhíălỦăt ng c) Quá trình thu n ngh ch b t k Theo nguyên lý 1: Q  dU  A  dU  pdV m RT M t khác: dU  m i RdT  m C V dT , p  40  V   m m dV  Q  CV dT  RT  T V V2 Q m dT m dV m T2 m V2  S    CV   R  C V ln  R ln T  T  V1 V  T1  V1 T1 p2 m V2 m Ho c: S  C V ln  C p ln  p1  V1 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.4.ă ăth ăentropy B tăk Q  T S 41 S2 S1 Q   Q   TdS 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.5.ăụăngh aăth ngăkêăc aăEntropy Entropy th c đo m c đ h n lo n c a phân t h Khái ni m Xác su t nhi t đ ng 42 - Tr ng thái c a m t h nhi t đ ng c ng có th đ c xác đ nh thông qua thông s tr ng thái v mô nh p, T, V… M t tr ng thái đ c xác đ nh nh th g i v thái (macrostate) -N um th tr ng thái cân b ng thông s p, T, V… s không đ i Tuy nhiên, phân t t o nên h chuy n đ ng, thay đ i đ ng l ng va ch m v i Do đó, có th nói m i v thái đ c t o nên b i cách khác nhau, m i cách t ng ng v i m t tr ng thái vi mô hay g i vi thái (microstate) S vi thái khác t ng ng v i m t v thái đ su t nhi t đ ng W c a v thái c g i xác 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.5.ăụăngh aăth ngăkêăc aăEntropy Công th c Boltzmann: S  k ln W k – h ng s Boltzmann, k  1,38.1023 J / K W – xác su t nhi t đ ng l c 43 Xác su t thông th ng nh h n ho c b ng xác su t nhi t đ ng l n h n ho c b ng 6.ăHĨMăENTROPYăVĨăNGUYểNăLụăT NGăENTROPY 6.6.ă nhălỦăNernstă(nguyênălỦă3ăc aănhi tăđ ngăh c) Khi nhi t đ t đ i ti n t i 0, entropy c a b t c v t c ng ti n t i lim S  T 0 Tính đ 44 c entropy c a h Q S T T b t k nhi t đ T nào: Ch ng NGUYểNăLụăTH ăHAIăNHI Tă NGăL CăH C Các t p c n làm: (Sách BT L ng Duyên Bình): 9.1, 9.3, 9.4, 9.6, 9.7, 9.10, 9.12, 9.14, 9.16, 9.18 ậ 9.23, 9.25, 9.27 45 H T ... nhi t đ th p h n 27 ng” cao h n nhi t T1 (K) 37 3 6 73 10 73 12 73 22 73 max 0.21 0.56 0. 73 0.77 0.81 Mu n t ng hi u su t đ ng c nhi t ph i ch t o cho g n thu n ngh ch t t Mu n v y ph i gi m m t mát... c p cho bên trình thu n 2 QUÁăTRỊNH THU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNG THU Nă NGH CH 2.2.ăQUÁăTRỊNHăKHỌNG THU NăNGH CHă  i v i trình không thu n ngh ch, sau h th c hi n trình thu n ngh ch đ a h... mà trình thu n qua QUÁăTRỊNH THU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNG THU Nă NGH CH 2.1.ăQUÁăTRỊNH THU NăNGH CHă  Quá trình thu n ngh ch trình cân b ng  Trên gi n đ tr ng thái, đ th c a trình thu n đ