ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

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 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM CHƢƠNG ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI Các chu trình nhiệt động Chu trình carnot Định luật nhiệt động thứ hai Các hệ định luật nhiệt động thứ hai Entropy – đồ thị T - s TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Các chu trình nhiệt động: Trong trình nhiệt động, muốn chuyển hóa liên tục nhiệt với dạng lượng khác, người ta phải thực chu trình Mơi chất thay đổi cách liên tục từ trạng thái đầu qua nhiều trạng thái trung gian trở trạng thái ban đầu TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ: Trong máy nhiệt, Để biến nhiệt thành công, phải tiến hành cho môi chất giãn nở Muốn nhận công liên tục, môi chất phải giãn nở liên tục,  thực kích thước máy có hạn Q trình khép kín hay chu trình TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chu trình thuận nghịch Chu trình tiến hành qua trạng thái cân Tiến hành ngược trở lại qua tất trạng thái qua mà mơi chất mơi trường khơng có thay đổi TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chu trình thuận chiều: _ động nhiệt QH W QL TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM W  QH  QL QH W Hiệu suất nhiệt chu trình QL W QH  QL t   QH QH QL t  1 QH Nhận xét : Hiệu suất t chu trình thuận chiều (động nhiệt) ln ln nhỏ 1, t khơng có nhiệt lượng thải cho nguồn nhiệt nhiệt độ thấp Chu trình có hiệu suất nhiệt lớn hồn thiện VD : Động phản lực có hiệu suất nhiệt thuộc loại thấp  4%, động nước  10%, turbin khí động đốt  50% TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chu trình ngƣợc chiều _ máy lạnh QH W QL TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM QH  W  QL QH W Hệ số làm lạnh (máy lạnh) Q QL  L  W QH  QL QL Hệ số làm nóng (bơm nhiệt) QH QH   W QH  QL TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Định luật nhiệt động thứ hai (1) Phát biểu Clausius Khơng thể có máy lạnh hay bơm nhiệt vận chuyển nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ nhỏ đến nơi có nhiệt độ cao mà khơng tốn hết TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Phát biểu Kelvin Planck Khơng có động biến tồn nhiệt lượng nhận thành công 10 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Chu trình carnot Đồ thị p-v Các trình chu trình  AB : nhận nhiệt lượng q1 (ở nhiệt độ không đổi T1)  dãn nở đẳng nhiệt  BC : cô lập dãn nở, sinh công, nhiệt độ hạ từ T1  T2  dãn nở đoạn nhiệt  CD : thải nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh (ở nhiệt độ T2)  nén đẳng nhiệt  DA : cô lập chịu nén, nhận công để trở trạng thái ban đầu  nén đoạn nhiệt 11 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hiệu suất nhiệt chu trình q2 t  1 q1 Xét trình AB CD Quá trình đẳng nhiệt AB q1  RT1 ln vB vA Quá trình đẳng nhiệt CD q  RT2 ln vD vC Đồ thị p-v Lấy tỷ số q1/q2:  v  T1  ln B  q1 vA    q2  v  T2  ln C   vD  12 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Xét trình BC DA : Quá trình đoạn nhiệt BC T2  v B     T1  v C  k 1 Quá trình đoạn nhiệt DA T2  v A    T1  v D   vB     vC  k 1 k 1 v    A   vD  k 1 Đồ thị p-v vB vC  vA vD  v  T1  ln B  q1 vA    q2  v  T2  ln C   vD  q1 T1  q T2 T2 t  1 T1 13 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Hiệu suất nhiệt chu trình Carnot thuận chiều: T2 t  1 T1 Hệ số làm lạnh chu trình Carnot ngược chiều: T2  T1  T2 Hiệu suất chu trình Carnot phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn nhiệt 14 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Q1 Q1 W W Q2 Q2 W  Q1  Q2 Q1  W  Q2 Q2 W Q1  Q2 t   1 Q1 Q1 Q1 Q Q2   ; W Q1  Q2  Q1 W  Q1 Q1  Q2 Chu trình CARNOT Q1 T1 T2 c   T1  Q2 T2  T2 T1 ;  T1  T2 T1  T2    1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Các hệ định luật nhiệt động thứ hai Giữa nguồn nhiệt  C lớn Giữa Ta, Tb  C chu trình Carnot ĐLNĐ sở để xây dựng thang nhiệt độ động học Q 0  T : chu trình thuận nghịch  đẳng thức logic Q  T  : chu trình khơng thuận nghịch  BĐT logic (pt logic thứ 2) 16 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Entropy – đồ thị T-s Từ đẳng thức chu trình Carnot: q1 q  T1 T2 q1 T1  q T2  q1 q  0 T1 T2 q  T 0 (q1 q2 có dấu ngược nhau) dq  T 0 or dq :vi phân toàn phần, thể biến thiên biến số trạng thái hệ T Ký hiệu s; entropy, đơn vị (J/K) Đây hàm trạng thái nên ta có: dq ds  T  ds  s  s1 17 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Đồ thị trạng thái T-s Trục hoành biểu diễn entropy s, Trục tung biểu diễn nhiệt độ tuyệt đối K Nhận xét: Mỗi điểm đồ thị T-s biểu diễn trạng thái cân bằng, đường cong thể q trình Nếu đường cong kín, ta có chu trình Có thể viết : Đồ thị trạng thái T-s dq = Tds  q   Tds = dt (122’1’) diện tích nằm đường cong thể lượng nhiệt trao đổi trình 18 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 1: Khảo sát động nhiệt làm việc với nguồn nóng có nhiệt độ 800oC nguồn lạnh có nhiệt độ 230oC Giả sử động làm việc điều kiện lý tƣởng chu trình Carnot cơng suất phát 1000kW Hãy xác định suất nhiệt mà động nhận vào từ nguồn nóng nhả cho nguồn lạnh 19 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 2: Xét bơm nhiệt lý tƣởng làm việc với thông số thiết bò sau: Công suất máy nén: 14kW Hệ số làm nóng bơm nhiệt φ = 4,5 Tính nhiệt nhận vào nhả cho nguồn lạnh nguồn nóng 20 TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Ví dụ 3: Một chu trình máy lạnh hoạt động nhiệt độ nguồn lạnh – 10 0C nhiệt độ nguồn nóng 37 0C, suất lạnh 100 kW Xác đònh: a) Hệ số làm lạnh lớn chu trình b) Công nén cần cung cấp (HP) suất nhả nhiệt chu trình 21 ... (bơm nhiệt) QH QH   W QH  QL TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM Định luật nhiệt động thứ hai (1) Phát biểu Clausius Khơng thể có máy lạnh hay bơm nhiệt vận chuyển nhiệt lượng từ nơi có nhiệt. .. TPHCM Các hệ định luật nhiệt động thứ hai Giữa nguồn nhiệt  C lớn Giữa Ta, Tb  C chu trình Carnot ĐLNĐ sở để xây dựng thang nhiệt độ động học Q 0  T : chu trình thuận nghịch  đẳng thức logic... khơng có nhiệt lượng thải cho nguồn nhiệt nhiệt độ thấp Chu trình có hiệu suất nhiệt lớn hồn thiện VD : Động phản lực có hiệu suất nhiệt thuộc loại thấp  4%, động nước  10%, turbin khí động đốt