Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, học sinh chuyên môn hóa học - NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC.Trong nhiệt động lực học kĩ thuật, ta mặc định công nhận chất trong hệ hay thể tích điều khiển của chúng ta
Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 1 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Chương V Tuesday, November 10, 2009 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II và CHU TRÌNH KHÍ LÝ TƯƠÛNG Nhiệt động lực học được xây dựng trên nền tảng là 2 đònh luật nhiệt động: Đònh luật nhiệt động thứ nhất (thực chất là đònh luật bảo toàn năng lượng) và Đònh luật nhiệt động thứ hai (đưa ra các điều kiện và giới hạn trong các chu trình biến đổi năng lượng). Mục lục § 5.1. Tổng Quan Trong các phần trước, đònh luật nhiệt động thứ nhất đã được thiết lập – thực chất là đònh luật bảo toàn năng lượng, được áp dụng cho hệ kín và hệ hở ttWdEQ w w ktn1iilđiWdEeGQ w w¦ o Một quá trình muốn diễn ra được phải tuân theo Đònh luật bảo toàn năng lượng. Tuy nhiên nếu đònh luật bảo toàn năng lượng đã được đảm bảo thì có phải thực tế quá trình sẽ luôn luôn diễn ra? Ta khảo sát một số ví dụ Trường hợp thứ nhất, khảo sát tách cafe nóng đặt trong môi trường nhiệt độ thấp hơn Quá trình diễn ra sẽ tuân theo đònh luật nhiệt động thứ nhất – năng lượng của tách cafe giảm xuống bằng năng lượng không khí môi trường xung quanh nhận được Vậy chiều ngược lại có đúng không – nhiệt độ môi trường xung quanh lạnh hơn sẽ giảm xuống để tách cafe trở nên nóng hơn – điều này vẫn tuân theo đònh luật bảo toàn năng lượng Rõ ràng quá trình này không thể diễn ra được Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 2 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Ví dụ khác cho trường hợp điện trở Công dòng điện tạo ra biến thành nhiệt truyền cho môi trường Chiều ngược – môi trường với nhiệt độ thấp truyền năng lượng nhiệt cho dây để sinh dòng điện – quá trình này không thể diễn ra được Ví dụ khác cho trường hợp cánh khuấy Chiều tự nhiên – vật nặng dòch chuyển xuống tạo ra công trên trục chuyển thành nhiệt làm tăng nhiệt độ lưu chất trong bình Chiều ngược – nhiệt lượng lưu chất trong bình giảm xuống để truyền năng lượng cho cánh khuấy nâng vật nặng bên ngoài – quá trình này không thể diễn ra được Nhận xét Khi đònh luật nhiệt động thứ nhất đã được đảm bảo thì quá trình chưa thật sự có thể thực hiện được – quá trình còn phải tuân thủ một quy tắc khác – Đònh luật nhiệt động thứ hai Trong điều kiện đã được xác đònh thì quá trình chỉ có thể chuyển biến theo một chiều Và hình ảnh minh họa cho một quá trình phụ thuộc đồng thời điều kiện hai Đònh luật nhiệt động Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 3 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng § 5.2. Đònh Luật Nhiệt Động Thứ Hai Cơ Sở Khảo Sát o Chu Trình Nhiệt Động Một nguồn năng lượng (nhiệt lượng, công, …), ngoài số lượng còn cần phải quan tâm đến chất lượng của nó. Đònh luật nhiệt động thứ I chỉ quan tâm đến số lượng, CônglượngNhiệt Thật sự chúng có tương đương nhau không? Xem ví dụ sau Nhận xét Trong một quá trình (không phải chu trình) công có thể biến đổi thành nhiệt lượng, nhưng điều ngược lại không đúng Đònh luật nhiệt động thứ II bàn về chất lượng của nguồn năng lượng. Mức độ chuyển biến năng lượng. Đònh luật nhiệt động thứ II được phát triển trên cơ sở nghiên cứu các chu trình nhiệt động, vì vậy trong phần này, chúng ta cần tìm hiểu về chu trình nhiệt động. Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 4 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 5.2.1 Nguồn Nhiệt Nguồn nhiệt đã được đề cập trong chương 1 khi nói về các quá trình trong hệ thống nhiệt động, tuy nhiên cũng cần thiết được nhắc lại khi khảo sát chu trình – bao gồm các quá trình khép kín Nguồn nóng o nhiệt độ cao hơn Nguồn lạnh o nhiệt độ thấp hơn Trong các quá trình thì vò trí của nguồn nhiệt thường không được làm rõ, trong các chu trình vò trí của nguồn nhiệt sẽ được thể hiện rõ hơn Chu trình khảo sát các quá trình trao đổi năng lượng giữa hai nguồn nhiệt, và lưu ý rằng trong bất kỳ tình huống nào thì nhiệt lượng luôn luôn dòch chuyển theo hướng từ đối tượng có nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp hơn (*) Lưu ý Nguồn nhiệt có tính ổn đònh nhiệt – nhiệt độ không thay đổi trong quá trình khảo sát chu trình Nhiệt lượng di chuyển như hình trên hoàn toàn hợp lý, tuy nhiên với thiết bò thích hợp có thể làm cho nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại – vẫn không vò phạm (*) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 5 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 5.2.2 Chu trình Chu trình gồm một số quá trình khép kín. Trên đồ thò biểu diễn trạng thái của chất môi giới trong chu trình là đường cong khép kín baI Theo đònh luật nhiệt động thứ I ttWdUQ w w (5-1) (5-2) ktn1iilđiWdUe.GQ w w¦ Do chu trình có tính chất khép kín: trạng thái chất môi giới sẽ biến đổi qua một số trạng thái trung gian, và sẽ quay về trạng thái ban đầu nên 0e.G0dUn1iilđi ¦ (5-3) Do đó ttwq w w – chu trình (5-4) ktwq w w – chu trình (5-5) Lưu ý Phương trình bảo toàn năng lượng 5-1 cho hệ kín, 5-2 là áp dụng cho hệ hở Chu trình là hệ khép kín nên áp dụng 5-1, 5-4 là hợp lý Tuy nhiên, thực tế năng lượng được xét cho từng quá trình trong chu trình – gắn liền với các thiết bò tương ứng – nên thường vẫn áp dụng 5-2 và 5-5 Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 6 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Nhận xét Trên đồ thò, từ trạng thái ban đầu I, chất môi giới có thể đi theo hướng a hay b để thực hiện chu trình. Nếu đi theo a hay b thì giá trò nhiệt lượng và công sẽ thay đổi, và cả chiều hướng cũng đảo lại. Ta hình thành nên hai khái niệm: Chu trình thuận chiều a, và Chu trình ngược chiều b Đánh giá hiệu quả làm việc của chu trình Để đánh giá hiệu quả làm việc của chu trình, người ta đưa ra khái niệm hệ số COP (coefficient of performance) lượngsốtốntiêuCáilượngsốlạiđemlợiCáiCOP (5-6) Lưu ý Cách đánh giá này là xét theo đònh luật nhiệt động thứ nhất (chỉ so sánh về mặt số lượng của năng lượng) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 7 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 5.2.3 Chu Trình Thuận Chiều – Động Cơ Nhiệt Trước tiên, hãy quan sát trường hợp của dòng nước Trong tự nhiên nước luôn chảy từ trên cao xuống thấp hơn – biến thế năng thành động năng – nếu có thiết bò thích hợp ta có thể sử dụng được dòng động năng này (turbine thủy lực) Tương tự như vậy – với hai nguồn nhiệt đã xác đònh thành hệ nhiệt động – nhiệt lượng sẽ dòch chuyển theo chiều tự nhiên là từ nguồn nóng sang nguồn lạnh, với thiết bò thích hợp ta có thể biến một phần “dòng động năng” này thành công tác động ra bên ngoài, xem hình sau Thiết bò dùng để chuyển một phần nhiệt lượng từ nguồn nóng thành công gọi là động cơ nhiệt Qin Nhiệt lượng thiết bò nhận từ nguồn nóng, còn ký hiệu Q1 Qout Nhiệt lượng nhả ra cho nguồn lạnh, còn ký hiệu Q2 Wnet,out Công sinh ra từ chu trình, đôi khi viết là W Đònh luật I kgkJqwqkJQWQ2121 (5-7) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 8 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Đặc điểm chung của động cơ nhiệt 1. Thiết bò nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng – năng lượng mặt trời, phản ứng cháy của nhiên liệu hữu cơ, phản ứng nguyên tử, …. 2. Thiết bò biến một phần nhiệt lượng nhận được thành công – thường dùng ở dạng công quay trên trục 3. Luôn có một phần năng lượng nhiệt nhả ra cho nguồn lạnh 4. Và quá trình trên diễn ra trong chu trình 5. Chiều diễn biến trạng thái của chất môi giới khi biểu diễn trên đồ thò dòch chuyển theo chiều quay của kim đồng hồ Ví dụ mô hình làm việc của chu trình hơi nước Khái niệm công Wnet,out ở trên inoutout,netWWWW (5-8) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 9 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Với hai nguồn nhiệt giống nhau, thì lượng công nhận được không giống nhau từ hai động cơ nhiệt khác nhau – phụ thuộc nhiều yếu tố khác Từ 5-6, mỗi động cơ có thông số đánh giá hiệu quả làm việc, gọi là Hiệu suất nhiệt: 11tqwQW K (5-9) Từ 5-7 và 5-9 1212tqq1QQ1 K (5-10) Với biểu thức trên, ta thấy rằng nếu giảm lượng nhiệt thải ra cho nguồn lạnh thì sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng của động cơ nhiệt, và câu hỏi đặt ra là liệu có thể giảm luôn lượng q2 này không? Để trả lời câu hỏi này ta khảo sát động cơ làm việc như sau Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 10 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Khảo sát động cơ nhiệt là hệ thống piston-cylinder dùng để nâng tải trọng như hình vẽ, chất làm việc là chất khí Vào thời điểm ban đầu khí có nhiệt độ 30oC sẽ nhận nhiệt lượng 100 kJ từ nguồn có nhiệt độ 100oC. khi nhận nhiệt thì khí giãn nở và nâng tải trọng lên và nhiệt độ là 90oC khi đạt vò trí trên. Tải trọng được lấy đi và xem như thực hiện một công là 15 kJ và khối khí còn lại năng lượng là 85 kJ so với trạng thái ban đầu (30oC) Nếu có thể hoàn trả 85 kJ năng lượng này cho nguồn nhiệt 100oC thì ta có động cơ làm việc với hiệu suất 100% và cũng có nghóa là đã giảm nhiệt lượng thải ra cho nguồn lạnh đến zero Tuy nhiên, rõ ràng điều nói trên không thể thực hiện được. Để khí quay trở lại trạng thái ban đầu 30oC thì khí phải trao đổi nhiệt với đối tượng có nhiệt độ thấp hơn (giả sử là nguồn 20oC) Với lý do trên đònh luật nhiệt động thứ hai được phát biểu cho trường hợp động cơ nhiệt như sau Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 11 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Phát biểu Kelvin – Planck (Phát biểu đònh luật hai cho trường hợp chu trình thuận chiều) “Không thể có bất kỳ một động cơ nhiệt nào có thể biến toàn bộ nhiệt lượng nhận được thành ra công.” Điều này có nghóa là động cơ nhiệt phải làm việc với hai nguồn nhiệt, và hiệu suất không thể đạt 100%. %100tK (5-11) Động cơ nhiệt làm việc vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai theo phát biểu của Kelvin-Planck Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 12 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 13 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 5.2.4 Chu Trình Ngược Chiều – Máy Lạnh và Bơm Nhiệt Trong phần động cơ nhiệt, thiết bò làm việc theo chu trình thuận chiều và chúng ta nhận được công biến đổi khi dòng nhiệt dòch chuyển theo chiều tự nhiên từ cao xuống thấp (nhiệt độ) Và hình ảnh so sánh là trường hợp turbine thủy lực biến đổi năng lượng dòng nước khi chuyển động từ cao xuống thấp thành công sinh ra trên trục – và rõ ràng với thiết bò thích hợp ta có thể đưa dòng nước từ thấp lên cao – trường hợp này ta tốn công Tương tự, với thiết bò thích hợp ta cũng có thể dòch chuyển dòng nhiệt đi từ nguồn lạnh lên nguồn nóng – và phải tốn công từ bên ngoài để thực hiện – đây là nguyên tắc làm việc của chu trình nhiệt ngược chiều. Theo phạm vi ứng dụng được gọi là máy lạnh hoặc bơm nhiệt Máy lạnh quan tâm đến lượng nhiệt lấy đi từ nguồn lạnh Bơm nhiệt quan tâm đến lượng nhiệt cung cấp cho nguồn nóng Đặc điểm 1. Nhiệt lượng dòch chuyển ngược với chiều tự nhiên: o nhiệt lượng di chuyển từ nguồn lạnh sang nguồn nóng. 2. Chiều diễn biến trạng thái của chất môi giới khi biểu diễn trên đồ thò ngược chiều quay của kim đồng hồ. 3. Trong chu trình ngược chiều, ta tiêu tốn công để vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn lạnh sang nguồn nóng. Sơ đồ sau mô tả 4 thành phần chính của thiết bò làm việc theo chu trình ngược chiều ở trường hợp máy lạnh Thiết bò cho trường hợp máy lạnh hay bơm nhiệt về nguyên lý hoạt động là hoàn toàn giống nhau, chỉ khác vò trí ứng dụng Đònh luật bảo toàn năng lượng: in,netLHWQQ hay kgkJwqqkJWQQ2121 (5-12) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 14 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 1. Máy lạnh – Refrigerator Trong trường hợp xứ nóng, ví dụ như VN, thì môi trường bên ngoài thường có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tiện nghi của con người, và như vậy cần tạo ra không gian có nhiệt độ thấp hơn môi trường. Thiết bò để tạo ra môi trường như vậy, làm việc theo chu trình ngược chiều, gọi là Máy lạnh. Ta có sơ đồ mô hình sau: C35tomt Môi Trường C20tof 2Q1Q W Máy LạnhKhông Gian PhòngHiệu quả làm việc trong trường hợp này gọi là Hệ số làm lạnh wqWQCOP22R H (5-13) 5-12 và 5-13 1QQ1QQQCOP21212R H (5-14) 1 kg chất môi giới 1qq1qqq21212 H (5-15) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 15 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 2. Bơm nhiệt – Heat pump Đây là trường hợp ở các xứ lạnh, nhiệt độ môi trường vào mùa đông có thể xuống rất thấp (ví dụ ) và như vậy người ta cần tạo ra không gian có nhiệt độ cao hơn (ví dụ C20tomt tC20of ) o có thể sử dụng lò sưởi (điện, than cũi, …), nước nóng … Trường hợp này, khi chú ý về hiệu quả năng lượng, người ta sử dụng một thiết bò làm việc theo chu trình ngược chiều – gọi là Bơm nhiệt – để lấy nhiệt lượng từ môi trường bên ngoài đưa vào không gian trong phòng. Ta có sơ đồ mô hình sau: C20tof 2Q1Q W Bơm NhiệtKhông Gian PhòngC20tomt Môi Trường Hiệu quả làm việc trong trường hợp này gọi là Hệ số làm nóng wqWQCOP11HP M (5-16) 5-12 và 5-16 12211HPQQ11QQQCOP M (5-17) 1 kg chất môi giới 12211qq11qqq M (5-18) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 16 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Quan hệ giữa hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng 5-12, 5-13 và 5-16 11COPCOPRHPH M (5-19) Phát biểu Clausius (Phát biểu đònh luật hai cho trường hợp chu trình ngược chiều) “Không thể có bất kỳ một bơm nhiệt hay máy lạnh nào có thể vận chuyển nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ nhỏ hơn đến nơi có nhiệt độ cao hơn mà không phải tiêu tốn năng lượng cho nó.” foH thểkhông foM thểkhông Thiết bò ngược chiều làm việc vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai theo phát biểu của Clausius Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 17 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Sự tương đương giữa phát biểu Kelvin – Planck và phát biểu Clausius Giữa hai phát biểu này có sự tương đương nhau, khảo sát mô hình sau Giả sử có hai nguồn nhiệt, giữa hai nguồn nhiệt này là một máy lạnh đang hoạt động, nếu có động cơ nhiệt hoạt động với hiệu suất 100% sản xuất cùng lượng công cần cho máy lạnh, kết hợp lại được thiết bò hình b, Không thể có động cơ hiệu suất 100% như hình a thì cũng không thể có thiết bò vận chuyển nhiệt ngược chiều mà không tiêu tốn công như hình b. Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 18 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 19 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng § 5.3. Quá Trình Thuận Nghòch Đònh luật nhiệt động thứ hai đã phát biểu rằng, không có động cơ nhiệt nào có hiệu suất 100%, vậy hiệu suất cao nhất có thể đạt được là bao nhiêu? Để có thể trả lời vấn đề này, trước tiên cần nắm khái niệm quá trình lý tưởng hay còn gọi là quá trình thuận nghòch 5.3.1 Khái niệm thuận nghòch và không thuận nghòch Các quá trình được thảo luận ở phần đầu đều xảy ra với chiều hướng xác đònh, các quá trình (hay hệ thống) trên không thể tự mình quay trở lại trạng thái ban đầu. Vì lý do này, các quá trình này được gọi là quá trình không thuận nghòch. Tách café nóng được làm lạnh không thể tăng nhiệt (độ) trở lại bằng cách thu nhiệt tổn thất từ môi trường, nếu điều này có thể xảy ra được thì môi trường và hệ thống sẽ phục hồi lại trạng thái ban đầu,và quá trình gọi là thuận nghòch. Quá trình thuận nghòch được đònh nghóa là có thể quay trở lại trạng thái ban đầu mà không làm ảnh hưởng đến môi trường. o khi đó cả hệ thống và môi trường sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu khi kết thúc quá trình ngược, điều này chỉ có thể được nếu nhiệt lượng và công trao đổi trong quá trình tổng hợp (thuận chiều và ngược chiều) giữa hệ thống và môi trường là zero Quá trình không phải là quá trình thuận nghòch được gọi là quá trình không thuận nghòch. Cần lưu ý rằng, hệ thống có thể phục hồi lại trạng thái ban đầu theo cùng quá trình bất chấp quá trình là thuận nghòch hay không thuận nghòch. Đối với quá trình thuận nghòch thì quá trình phục hồi trạng thái không làm thay đổi môi trường, đối với quá trình không thuận nghòch thì môi trường có tác động công đến hệ thống và do đó không thể quay trở lại trạng thái ban đầu (môi trường) Quá trình thuận nghòch thực tế không xảy ra trong tự nhiên, chúng là sự lý tưởng hóa của quá trình thực, quá trình thực tế được cho xấp xỉ theo quá trình thuận nghòch nhưng không bao giờ đạt tới được. Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 20 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Tất cả các quá trình thực tế đều là quá trình không thuận nghòch, vậy quá trình ảo thuận nghòch đưa ra nhằm mục đích gì? Có hai lý do x Các quá trình lý tưởng dễ dàng được tính toán khi hệ thống đi qua các trạng thái cân bằng trong các quá trình thuận nghòch. x Các mô hình lý tưởng được sử dụng được so sánh với quá trình thực tế. Các thiết bò như động cơ xe hay turbine hơi hoặc khí cho công lớn nhất và các thiết bò sử dụng công như máy nén, bơm, quạt tốn ít nhất khi sử dụng quá trình thuận nghòch thay vì quá trình không thuận nghòch. Thấy được điều này giúp các kỹ sư cải thiện được hiệu quả làm việc của các thiết bò theo hướng có lợi hơn. Quá trình thuận nghòch được xem như là giới hạn lý thuyết của quá trình không thuận nghòch tương ứng. Một vài quá trình thì có tính bất thuận nghòch nhiều hơn quá trình khác, chúng ta không bao giờ có thể đạt được quá trình thuận nghòch, nhưng chắc chắn một điều rằng có thể tiếp cận được. Hầu hết các quá trình đều được giả thiết là thuận nghòch nên sẽ sinh công nhiều hơn và tốn công ít hơn so với thực tế. Việc chấp nhận quá trình thuận nghòch sẽ dẫn đến đònh nghóa về hiệu suất theo đònh luật nhiệt động thứ hai cho các quá trình thực, hay mức độ tiệm cận của nó tiến tới quá trình thuận nghòch tương ứng. Điều này được sử dụng để so sánh hiệu quả làm việc của các thiết bò khác nhau được thiết kế để thực hiện cùng một công việc trên cơ sở so sánh hiệu suất. Thiết kế càng tốt thì mức độ không thuận nghòch càng thấp và hiệu suất càng cao. Các quá trình xảy ra trong thực tế đều không thuận nghòch, có thể kể một số quá trình như: sự chuyển động có ma sát, sự hòa trộn của hai lưu chất, biến dạng không đàn hồi của vật rắn, phản ứng hóa học, … Trong nhiệt động lực học thường gặp là dạng chuyển động có ma sát, sự giãn nở tự do, sự truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ nên được xem xét [...]... 5- 3 1 và 5- 2 0 có giống nhau hay không? Muốn biết ta viết lại với độ phát sinh entropy với hai ký hiệu khác nhau như sau: V' ( 5- 3 3) V tr t 0 ® ¯V ng t 0 và V tt Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com S2 S1 S2 S1 S2 S1 Qi i i 1 V tr 31 of 55 Q V tt T0 ¦T n ³¨ © 2 § GQ · ¸ V tr T ¹b 1 ( 5- 3 8) ( 5- 3 7) ( 5- 3 6) ( 5- 3 5) ( 5- 3 4) Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Phương trình 5- 2 0, 5- 2 1 và 5- 3 1 bây... quá trình nhận nhiệt là Tmax, và nhiệt độ cực tiểu trong quá trình nhả nhiệt là Tmin Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com Tham khảo SGK 41 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng § 5. 6 Exergy – Công Cụ Đánh Giá Hiệu Suất 5. 5 .5 Hệ quả thứ năm 5. 5.4 Hệ quả thứ tư 5. 5.3 Hệ quả thứ ba 5. 5.2 Hệ quả thứ hai 5. 5.1 Hệ quả thứ nhất Tham khảo SGK § 5. 5 Các hệ quả của đònh luật nhiệt động thứ hai Diện... nguồn nhiệt V ng ¦¨ T ¨ §1 1· V tr ¦ ¨ ¸ Q j ¨ T0 ¸ j © Tj ¹ Phương trình 5- 3 5 và 5- 3 9: V tt Phương trình 5- 3 7 và 5- 3 8: w kt w lt i1 i2 i1 i 2s ( 5- 4 1) i1 i 2 s i1 i 2 2s 1 2 Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com i Kis w min w kt 33 of 55 s i i 2s i1 i 2 i1 i2s i1 1 2s s Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng i 2 i1 2 ( 5- 4 2) “Hiệu suất đẳng entropy trong quá trình nén đoạn nhiệt. .. lượng: Thiết bò cho trường hợp máy lạnh hay bơm nhiệt về nguyên lý hoạt động là hoàn toàn giống nhau, chỉ khác vò trí ứng dụng W tf t mt 20 o C 35o C H 15 of 55 q1 q2 Q2 1 1 ( 5- 1 5) ( 5- 1 4) ( 5- 1 3) Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng 1 Q1 Q2 Q1 Q 2 1 q2 w Q2 W H q2 q1 q 2 Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com H COPR 1 kg chất môi giới 5- 1 2 và 5- 1 3 COPR Hiệu quả làm việc trong trường hợp này... nóng COPHP COPR 1 5- 1 2, 5- 1 3 và 5- 1 6 M H 1 Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 18 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Không thể có động cơ hiệu suất 100% như hình a thì cũng không thể có thiết bò vận chuyển nhiệt ngược chiều mà không tiêu tốn công như hình b Giả sử có hai nguồn nhiệt, giữa hai nguồn nhiệt này là một máy lạnh đang hoạt động, nếu có động cơ nhiệt hoạt động với hiệu suất... B s ( 5- 4 9) ( 5- 4 8c) ( 5- 4 8b) ( 5- 4 8a) Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng dt DCIJ dt ABIJ q 2C q 2 ° ® ° q1c ! q1 ¯ Từ 5- 4 8a, 5- 4 8b, 5- 4 8c: 3 1 dt J432 I dt J412 I 1 1 So sánh diện tích trên đồ thò, ta thấy: KC Với chu trình Carnot: Kt J A D 4 Với chu trình 1234, ta có: Tmin Tmax T Ta có thể bao chu trình 1234 bằng chu trình Carnot như hình vẽ: Giả sử có một chu trình bất kỳ 1234 có nhiệt. .. nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tiện nghi của con người, và như vậy cần tạo ra không gian có nhiệt độ thấp hơn môi trường 1 Máy lạnh – Refrigerator 20 o C ) o có thể sử dụng lò W tf t mt 20o C 20 o C M Q1 q1 q 2 16 of 55 1 1 q2 Q1 ( 5- 1 8) ( 5- 1 7) ( 5- 1 6) Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng q1 1 w W 1 Q2 q1 Q1 Q1 Q 2 M q1 Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com M COPHP 1 kg chất môi giới 5- 1 2 và 5- 1 6... trình 5- 3 2a, ta thấy nếu hệ đã đoạn nhiệt thì nếu entropy tăng chỉ có thể là do nguyên nhân bên trong: V tt V tr j © j §1 1· ¸ Qj T0 ¸ ¹ ( 5- 4 0) ( 5- 3 9) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 32 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng T0 Nhiệt độ của nguồn nhiệt mà nó trao đổi (không phải lúc nào cũng là nhiệt độ của môi trường) Lưu ý: Tj Nhiệt độ của chất môi giới tại bề mặt nơi nó trao đổi nhiệt. .. piston-cylinder dùng để nâng tải trọng như hình vẽ, chất làm việc là chất khí ( 5- 1 1) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 12 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Động cơ nhiệt làm việc vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai theo phát biểu của Kelvin-Planck Kt 100% Điều này có nghóa là động cơ nhiệt phải làm việc với hai nguồn nhiệt, và hiệu suất không thể đạt 100% “Không thể có bất kỳ một động. .. ir V i 1 ¦ G ir y n y Qi x ¦ G iv s iv ¦ G ir s ir V ¦T i 1 i i 1 i 1 G6 ( 5- 2 4) ( 5- 2 3) 1 n Qi V ¦ G i 1 Ti G Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com V G 27 of 55 sr sv ( 5- 2 6) ( 5- 2 5) Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng Trong trường hợp hệ thống hở có một dòng vào và một dòng ra, hoạt động ổn đònh, đoạn nhiệt: sr sv hay lượng biến đổi entropy của dòng lưu chất khi đi qua hệ thống là: . Phương trình 5- 3 7 và 5- 3 8: ¦¸¸¹·¨¨©§V Vjj0jtrttQT1T1 ( 5- 3 9) Phương trình 5- 3 5 và 5- 3 9: ¦¸¸¹·¨¨©§ VV Vjj0jtrttngQT1T1 ( 5- 4 0) Lưu ý: Tj Nhiệt độ của. ( 5- 1 6) 5- 1 2 và 5- 1 6 12211HPQQ11QQQCOP M ( 5- 1 7) 1 kg chất môi giới 12211qq11qqq M ( 5- 1 8) Nguyễn Toàn Phong – toanphong@gmail.com 16 of 55 Chương