ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG

Công (Work) 2. Nhiệt lượng (Heat) 3. Nhiệt dung riêng (Specific heats) 4. Định luật nhiệt động thứ nhất (The First Law of Thermodynamics) 5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý Công (Work) 2. Nhiệt lượng (Heat) 3. Nhiệt dung riêng (Specific heats) 4. Định luật nhiệt động thứ nhất (The First Law of Thermodynamics) 5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM CHƢƠNG ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG Cơng (Work) Nhiệt lượng (Heat) Nhiệt dung riêng (Specific heats) Định luật nhiệt động thứ (The First Law of Thermodynamics) Các q trình nhiệt động khí lý tưởng TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Dạng lượng tham gia vào trình nhiệt động: - Công - Nhiệt lƣợng Công nhiệt lượng trao đổi chất môi giới môi trường trạng thái chất môi giới bị thay đổi TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Cơng gì? - Cơng W xem tích số lực F đoạn đƣờng dịch chuyển dx theo chiều tác động lực W   F  dx Trong hệ thống nhiệt động: công lượng lượng qua bề mặt ranh giới có khả nâng cao vật Joule( J )  N  m Power TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Example of work crossing the boundary of a system TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Công giãn nở hay cơng nén hệ kín P (b) (a) dx Piston 1' A: diện tích piston p: áp suất chất môi giới 2' v Wtt = diện tích (122’1’) V: thể tích chất mơi giới Lực tác động lên bề mặt piston: F = p.A Công tạo nên piston dịch chuyển đoạn dx: Wtt  F.dx  p.A.dx  p.dV V2 Wtt   p.dV V1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Biểu diễn đồ thị p-v V2 Wtt Piston  p.dV P (b) (a) dx V1 1' 2' v Wtt = diện tích (122’1’) Nhận xét : Do áp suất tuyệt đối p luôn dương, nên : dv >  W > : hệ dãn nở sinh công dv <  W < : hệ nén ép nhận cơng Từ cách biểu diễn công dãn nở đồ thị pv, tiến hành q trình khác có điểm đầu điểm cuối cơng sinh không giống Rõ ràng công dãn nở phụ thuộc vào q trình cơng hàm q trình TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  Công hệ thống hở - Công lƣu động Công sinh môi chất chuyển động áp suất thay đổi G : lưu lượng khối lượng v : thể tích riêng F : diện tích tiết diện ngang  :vận tốc dòng khí F : lưu lượng thể tích Cơng lưu động trường hợp chất khí di chuyển ống thỏa điều kiện sau: • Chất khí lưu động liên tục ổn định • Tiết diện ngang ống thay đổi cách liên tục • Các thơng số trạng thái chất khí tiết diện ngang F G  const v TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Xét tiết diện (I) (II) gần Xét công lưu động mà phần khí giơí hạn chúng sinh ra: Phần cơng khối khí phải tao để đẩy khối khí phía sau : (p + dp).(F + dF).(  + d) Phần cơng mà nhận từ khối khí phía trước : pF Vậy sinh công dWlđ = (p + dp).(F + dF).(  + d) - pF dWlđ = d(pF) = d(pGv) dWlđ = G.d(pv) Nếu xét cho đơn vị khối lượng dwlđ = d(pv) Vậy q trình  wlđ = p2v2 – p1v1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Cơng kỹ thuật Trong máy móc thiết bị, mơi chất tạo đƣợc cơng dãn nở phải tiêu tốn cơng lƣu động lượng cơng lại để sử dụng đƣợc gọi công kỹ thuật dwkt = dw – dwld = pdv – d(pv) = pdv – pdv – vdp biểu diễn trình đồ thị pv: wkt = diện tích (122’’1’’) p2 dwkt = – vdp w kt    vdp p1 Nhận xét : Tượng tự, công kỹ thuật phụ thuộc vào trình Dấu wkt trái với dấu dp dp <  wkt > : dãn nở (áp suất giảm) sinh cơng kỹ thuật dp >  wkt < : nén ép (áp suất tăng) nhận cơng kỹ thuật TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Nhiệt lƣợng gì? - Nhiệt lượng lượng lượng xuyên qua bề mặt ranh giới chất môi giới môi trường có chênh lệch nhiệt độ - Là hàm trình Q12   Q Q: cho G kg chất môi giới q: cho 1kg chất môi giới Ta qui ước : Q > : nhiệt hệ nhận vào Q < : thân hệ tỏa nhiệt Đơn vị: Joule (J) Các loại trao đổi nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, xạ 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Một số q trình nhiệt động khí lý tƣởng Mục đích việc khảo sát phần nhằm: - Tìm quy luật trình, thể phương trình trình - Tìm quan hệ ràng buộc thơng số q trình - Tính kết mặt lượng trình xảy Chú ý: khảo sát chất mơi giới KLT, trình cân có tính thuận nghịch 23 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Quá trình đa biến Cn = const Xác định nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng dq = Cn.dT Từ PT nhiệt động thứ KLT dq = di – vdp= Cp.dT – vdp  dq = du + pdv= Cv.dT + pdv  Cn.dT = Cp.dT – vdp Cn.dT = Cv.dT + pdv Cn  C p dT  vdp   Cn  Cv dT  pdv Chia vế theo đẳng thức trên: Cn  C p  vdp  C n  Cv pdv Đặt Cn  Cp Cn  Cv n Với KLT, xem Cn, Cp, Cv số, nên giá trị n = const 24 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM  vdp   n  const pdv  vdp + npdv = Chia vế đẳng thức cho tích pv dp dv n 0 p v Lấy tích phân vế ta có ln p + n.ln v = const  ln (pvn) = const  pvn = const  p1/nv = const 25 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Quan hệ p, v, T Quan hệ áp suất thể tích riêng Từ phương trình đa biến pvn = const Nên ta có p  v1     p1  v  n  p1v1n = p2v2n v  p1     v1  p  n Quan hệ nhiệt độ áp suất nhiệt độ thể tích riêng Từ PTTT pv = RT, viết p1v1 = RT1 p2v2 = RT2 Chia vế cho vế đẳng thức ta có T2 p  p     T1 p1  p1   n  T2 p v  T1 p1 v1 T2  p     T1  p1  n 1 n T2 v  v   T2   v     T1  v1  T1 v1  v1  n 1 n 26 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Xác định công nhiệt lƣợng v2 Công giãn nở wtt   pdv , ta có pvn = p1v1n hay v1 n 1 p1V1   v1   1     Wtt  n    v2     Wtt  p1V1  T2 1  n   T1 wtt  Với G kg khối khí Wtt  Gwtt  GR T1  T2    GRT1  GRT2  n 1 n 1 Công kỹ thuật Nhiệt lượng q = Cn (T2 – T1) n Cn  C p Cn  Cv q  Cv  GR T1  T2   n   R T1  T2  (J/kg) n 1 Wtt   p1V1  p2V2  n 1 (J) n.R tt T1  T2   nW n 1 Wkt  Từ hệ số p1v1n p n v hệ số đoạn nhiệt nk T2  T1  n 1 k Cp Cv Q  G.Cv  Cn  Cv nk n 1 nk T2  T1  n 1 (kJ) 27 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Các trình đặc biệt: Phương trình QTĐB pvn = const hay p n v  const Quá trình đẳng áp Khi n = 0, ta có p = const, q trình đẳng áp Phƣơng trình : p = const Quan hệ thông số : v T2  v1 T1 Cơng thay đổi thể tích : w12 = p(v2 – v1), (J/kg)  W12 = p(V2 – V1) , (J) Công kỹ thuật : wkt12 = Nhiệt trình : Qp = Gqp = Gcp(t2 – t1) , (kJ) Biến đổi entropy : s  c p ln T2 T1 28 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Q trình đẳng tích Khi n = , ta có p n v  const  v = const Quan hệ thông số: p T2  p1 T1 Cơng thay đổi thể tích: w12 = Công kỹ thuật: wkt12 = -v(p2 – p1), (J/kg)  Wkt12 = V(p1 – p2) , (J) Nhiệt trình: qv = cv(t2 – t1) = u, (kJ/kg) Qv = Gqv = Gcv(t2 – t1) , (kJ) Biến đổi entropy: s  s  s1  c v ln T2 T1 29 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Q trình đẳng nhiệt Khi n =1, ta có pv = const pv = RT  T = const p v1  Quan hệ thông số : p1 v Cơng thay đổi thể tích & công kỹ thuật : w12  w kt12  RT ln W12  Wkt12  GRT ln p1 v  p1v1 ln p2 v1 (J/kg) p1 v v  GRT ln  p1V1 ln  p2 v1 v1 (J) Nhiệt trình : qT = u + w12 = CvT + w12  qT = w12 , (J/kg) QT = W12 (J) Biến đổi entropy : s  R ln v2 p  R ln v1 p2 30 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Q trình đoạn nhiệt Khi n = k, ta có Cn  Cv nk n 1  Cn = Nghĩa dq = Cn.dT = 0, trình đoạn nhiệt Vậy trình đoạn nhiệt tương ứng với QTĐB có n = k; k Cp Cv k: số mũ đoạn nhiệt) Phương trình trình đoạn nhiệt pvk = const Quan hệ thông số : p  v1    p1  v  Cơng thay đổi thể tích w12  R T1  T2  k 1 W12  G.w12  k T2  p    T1  p1  k 1 k v      v2  k 1 k 1 k 1     k p1v1   p   RT1   p  k  w12  1    1   k    p1   k    p1       pV  p V GR T1  T2   1 2 k 1 k 1 (J/kg) (J) Công kỹ thuật : wkt12 = k w12 Biến đổi entropy : s =  s2 = s1 = const wkt12 =k w12 , i=- wkt12 31 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 32 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM 33 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Biểu diễn trình đồ thị p - v 34 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Biểu diễn trình đồ thị T - s 35 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ Ví dụ TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ Cho 2,5 kg khí Mêtan (CH4) giãn nở người ta nhận cơng thay đổi thể tích 650 kJ Trong trình giãn nở nội khối khí giảm lượng 255 kJ Xác định nhiệt lượng trao đổi độ biến thiên nhiệt độ q trình Ví dụ Khảo sát hệ thống nhiệt động hở làm việc với chất môi giới khí lý tưởng A, trạng thái ban đầu nhiệt độ khí t1 = 600oC Sau cho khí giản nở theo q trình đoạn nhiệt thuận nghịch đến trạng thái có nhiệt độ t2 = 220oC thấy áp suất khí giảm 10 lần so với ban đầu Công suất sinh hệ thống trình giản nở W = 1455 kW Cho biết lưu lượng khí qua hệ thống G = 3,5 kg/s Xác định: Số mũ đoạn nhiệt trình, Giá trị nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Cp đẳng tích Cv khí A ... Một số q trình nhiệt động khí lý tƣởng Mục đích việc khảo sát phần nhằm: - Tìm quy luật trình, thể phương trình trình - Tìm quan hệ ràng buộc thơng số q trình - Tính kết mặt lượng trình xảy... dòng khí F : lưu lượng thể tích Cơng lưu động trường hợp chất khí di chuyển ống thỏa điều kiện sau: • Chất khí lưu động liên tục ổn định • Tiết diện ngang ống thay đổi cách liên tục • Các thơng... môi giới KLT, trình cân có tính thuận nghịch 23 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Quá trình đa biến Cn = const Xác định nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng dq = Cn.dT Từ PT nhiệt động thứ KLT dq =