Chuong 8_Nguyen ly I va II nhiet dong hoc

8.1 Nguyên lý thứ I nhiệt động học 8.1.1 Các khái niệm 8.1.2 Nguyên lý I nhiệt động học 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động học 8.2.1 Các hạn chế nguyên lý I 8.2.2 Nội dung nguyên lý II 8.2.3 Định lý Carnot 8.1 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học a Khái niệm lượng, công, nhiệt lượng: Năng lượng - Năng lượng hệ đặc trưng cho mức độ vận động hệ - Năng lượng toàn phần hệ bao gồm động năng, nội hệ - Năng lượng hàm trạng thái - Khi hệ không chuyển động không nằm trường lực lượng hệ nội 8.1.1 Các khái niệm Cơng (là hàm q trình): đặc trưng mức độ trao đổi lượng thông qua thay đổi thể tích hệ Nhiệt lượng (là hàm trình): đặc trưng mức độ trao đổi lượng thơng qua chuyển động hỗn độn phân tử _ Đơn vị Joule hay calo (1cal = 4,18J) Qui ước dấu: A, Q > 0: hệ nhận từ bên A, Q < 0: hệ sinh/tỏa bên A V2  p dV V1 Q  m.c.T 8.1.2 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học b Nội dung nguyên lý I Độ biến thiên nội hệ qúa trình biến đổi ln tổng cơng nhiệt mà hệ trao đổi q trình biến đổi U  A  Q _ Đối với q trình vơ nhỏ, biểu thức nguyên lý thứ I viết: dU  A  Q 8.1.2 Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học c Hệ quả: Sau chu trình: U  A  Q  A  Q : hệ nhận nhiệt sinh nhiêu cơng ngược lại khơng thể có động vĩnh cửu loại I Hệ cô lập: A  Q  U  hay U  const Nội hệ lập bảo tồn (định luật bảo tồn chuyển hóa lượng) 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I Trạng thái cân bằng, trình cân bằng: _ Trạng thái hệ nhiệt động xác định thông số trạng thái: p, V, T, n _ Nếu p, T không thay đổi điểm hệ ta có trạng thái cân _ Một trình biến đổi, hệ liên tục trải qua nhiều trạng thái Nếu trình biến đổi đủ chậm để trạng thái mà hệ trải qua ln trạng thái cân gọi trình cân 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I m iR _Nội chất khí lý tưởng: U  T  m iR Độ biến thiên nội năng: U  T  i = (khí đơn nguyên tử) i: bậc tự chất khí i = (khí hai nguyên tử) i = (khí >= nguyên tử) 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I Công: A V2  p dV V1 Nhiệt lượng: Q  m.c.T m Q  C.T  c : nhiệt dung riêng (đơn vị: J/kg.K) C  c. : nhiệt dung mol (đơn vị: J/mol.K) 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I a Q trình biến đổi đẳng tích (V=const) A V2  p dV  V1 m i m Q=U  RT  C v T   _ Nhiệt dung mol đẳng tích: i Cv  R 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I b Quá trình biến đổi đẳng áp (p=const) V2 A V1 m p dV  p(V2  V1)   RT  m i m  Q  U  A    1 RT  Cp T  2   i  _ Nhiệt dung mol đẳng áp: C p    1 R 2  _ Hệ thức Mayer: C p  Cv  R 8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I c Quá trình biến đổi đẳng nhiệt (T=const) ΔU=0 Q=-A  V1  m  p2  m A= RTln   = RTln   μ  V2  μ  p1   V2  m  p1  m Q  A  RT ln  RT ln      V1    p2  8.1.3 Ứng dụng nguyên lý I d Quá trình biến đổi đoạn nhiệt (Q=0) dU  A  pdV p V2  p1V1 A  1  pV  const 1  const  1  const TV Tp γ : hệ số Poisson i2   Cv i Cp Quá trình Đẳng tích Đẳng áp Đẳng nhiệt Đoạn nhiệt PT QT A P  const T m  V  const T P(V1  V2 ) m PV  cont m m  PV  const V1 RT ln  V2 m  Cv T  Q ΔU Cv T m Cv T  C p T m  Cv T V2 RT ln  V1 m  Cv T 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học a Hạn chế nguyên lý I -Không thể chiều hướng truyền nhiệt -Theo ngun lý I, nhiệt cơng chuyển hóa hồn tồn cho Nhưng thực tế nhiệt chuyển hóa phần thành cơng -Ngun lý thứ I khơng giải thích chất lượng nhiệt 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học Quá trình thuận nghịch bất thuận nghịch: _Một trình biến đổi gọi thuận nghịch tiến hành theo chiều ngược lại, lượt (quá trình ngược), hệ qua tất trạng thái trung gian lượt _Quá trình thuận nghịch q trình lí tưởng, thực tế khơng xảy Vậy q trình thuận nghịch sau thực q trình thuận nghịch mơi trường không bị thay đổi 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học b Phát biểu nguyên lý II dựa khảo sát máy nhiệt (Động nhiệt máy làm lạnh) _ Động nhiệt: (thiết bị biến nhiệt thành công) Hiệu suất động nhiệt: A Q2   1 Q1 Q1 Q1  Q'2  A' _ Phát biểu Thomson: Không thể chế tạo ĐCN hoạt động tuần hoàn, liên tục biến nhiệt thành công mà không làm môi trường xung quanh biến đổi 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học _ Máy lạnh: (thiết bị biến công thành nhiệt) Hệ số làm lạnh: Q2 Q2   A Q'1  Q2 Q2  A  Q'1 _ Phát biểu Clausius: Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng khơng có bù trừ 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học c Chu trình Carnot _ Động nhiệt: Q1 , T1 (1)  (2): dãn nở đẳng nhiệt (2) (3): dãn nở đoạn nhiệt (3) (4): dãn nở đẳng nhiệt (4)(1): dãn nở đoạn nhiệt Q2 , T Hiệu suất động nhiệt chạy theo chu trình Carnot : T2   1 T1 8.2 Nguyên lý thứ II nhiệt động lực học Chu trình Carnot nghịch _Máy làm lạnh: Hiệu suất máy lạnh chạy theo chu trình Carnot: T2  T1  T2 ... Nguyên lý thứ I nhiệt động lực học b N? ?i dung nguyên lý I Độ biến thiên n? ?i hệ qúa trình biến đ? ?i ln tổng công nhiệt mà hệ trao đ? ?i q trình biến đ? ?i U  A  Q _ Đ? ?i v? ?i q trình vơ nhỏ, biểu thức... không thay đ? ?i ? ?i? ??m hệ ta có trạng th? ?i cân _ Một trình biến đ? ?i, hệ liên tục tr? ?i qua nhiều trạng th? ?i Nếu trình biến đ? ?i đủ chậm để trạng th? ?i mà hệ tr? ?i qua trạng th? ?i cân g? ?i trình cân 8.1.3... I khơng gi? ?i thích chất lượng nhiệt 8.2 Ngun lý thứ II nhiệt động lực học Quá trình thuận nghịch bất thuận nghịch: _Một trình biến đ? ?i g? ?i thuận nghịch tiến hành theo chiều ngược l? ?i, lượt (quá