NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện: ThS. GVC. Trần Minh Quý Nguyễn Trường Giang MSSV: 1050121 THÁNG 5, 2009 Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 1 GVHD: Trần Minh Quý MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN PHẦN I: MỞ ĐẦU .1 1.Lý do chọn đề tài .3 2.Giới hạn của đề tài ……………………………………………….……………………… . 3 3. Giả thuyết của đề tài …………………………………………….………………………… 3 4.Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………… .……………… . 3 5.Các bước thực hiện đề tài………………………………………………………………………. 4 PHẦN II: NỘI DUNG 5 Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU 5 1.1. Hệ nhiệt động và các thông số nhiệt động. Cân bằng nhiệt động 5 1.2. Quá trình cân bằng và quá trình không cân bằng 5 1.2.1. Quá trình: 5 1.2.2. Quá trình cân bằng và quá trình không cân bằng . 5 1.3. Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuận nghịch .7 1.3.1. Quá trình thuận nghịch 7 1.3.1.1. Định nghĩa .7 1.3.1.2. Ví dụ 7 1.3.2. Quá trình bất thuận nghịch 8 1.3.2.1. Định nghĩa .8 1.3.2.2. Ví dụ 8 1.4. Một số quá trình bất thuận nghịch 9 1.4.1. Quá trình chuyển hóa từ cơ năng sang nội năng . 9 1.4.2. Quá trình dãn nở khí vào chân không 9 1.4.3. Quá trình truyền nhiệt . 9 1.4.4. Quá trình khuếch tán . 10 1.5. Ý nghĩa xác suất của những quá trình bất thuận nghịch: . 10 1.6. Sự quan trọng của các quá trình thuận nghịch (quá trình cân bằng) 12 1.7. Ý nghĩa của việc nghiên cứu các quá trình thuận nghịch và bất thuận nghịch . 13 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH 14 2.1. Các tiên đề cơ bản của nhiệt động lực học 14 2.1.1. Tiên đề thứ nhất của nhiệt động lực học 14 2.1.2. Tiên đề thứ hai của nhiệt động lực học 14 2.1.3. Tiên đề thứ ba của nhiệt động lực học . 14 2.2. Phương trình cơ bản của nhiệt động lực học . 14 2.3. Phương pháp thế nhiệt động lực học 14 2.4. Các hệ thức mô tả các quá trình bất thuận nghịch .15 2.5. Các phương pháp nhiệt động của các quá rình bất thuận nghịch . 16 2.5.1. Phương pháp của Thomson . 16 2.5.2. Phương pháp các lực tổng quát Onsager 16 2.5.2.1. Luận điểm thứ nhất 17 2.5.2.2. Luận điểm thứ hai (luận điểm cơ bản, tiên đề của lý thuyết Onsager) . 17 2.5.3. Phương pháp Prigorine 17 2.6. Nguyên lý thuận nghịch vi mô . 17 2.6.1. Tính thuận nghịch của các phương trình cơ học theo thời gian 17 2.6.2. Cơ họ thống kê và tính thuận nghịch theo thời gian . 18 2.6.3. Nguyên lý thuận nghịch vi mô 18 Chương 3: CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO CÁC QUÁ TRÌNH BẤT THUẬN NGHỊCH 19 3.1. Các phương trình cơ bản của nhiệt động lực học bất thuận nghịch tuyến tính . 19 3.1.1. Khái quát hóa nhiệt động lực học cổ điển 19 Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 2 GVHD: Trần Minh Quý 3.1.2. Định luật tuyến tính 20 3.1.3. Quan hệ tương hỗ Onsager 20 3.2. Phương trình tổng kê và các định luật bảo toàn 20 3.3. Nguyên lý Curie . 21 3.4. Các nguyên tắc biến phân của nhiệt động lực học cho các quá trình bất thuận nghịch . 21 3.4.1. Nguyên tắc biến phân Onsager 21 3.4.2. Nguyên tắc sinh entropi cực tiểu của Prigorine 22 3.5. Chu trình Cácnô và định lý Cácnô 23 3.5.1. Chu trình Cácnô thuận nghịch . 23 3.5.2. Chu trình Cácnô bất thuận nghịch . 25 3.5.3. Định lý Cácnô . 25 3.5.3.1. Nội dung của định lý Cácnô . 25 3.5.3.2. Chứng minh định lý. 25 3.5.3.3. Nhận xét 26 3.6. Entropi .27 3.6.1. Tích phân Claudiut: . 27 3.6.2. Khái niệm entropi: 27 3.6.3. Tích phân Claudiut đối với chu trình bất thuận nghịch 28 3.6.4. Biến thiên entropi đối với quá trình không thuận nghịch . 29 3.6.5. Định luật tăng entropi . 29 3.6.5.1. Định luật tăng entropi tổng quát . 29 3.6.5.2. Sự tăng entropi trong các quá trình bất thuận nghịch 30 3.6.6. Ý nghĩa vật lý của entropi . 32 3.7. Lý thuyết thăng giáng 33 3.7.1. Định nghĩa thăng giáng . 33 3.7.2. Phân bố Gauss 33 3.7.3. Thăng giáng của các đại lượng nhiệt động cơ bản . 36 3.7.4. Tương quan của các thăng giáng . 39 3.7.4.1. Tương quan của các thăng giáng theo không gian . 39 3.7.4.2. Tương quan của các thăng giáng theo thời gian 40 3.7.5. Tính đối xứng của các hệ số động học – Hệ thức Onsager . 43 3.7.6. Hàm tiêu tán . 44 Chương 4:ỨNG DỤNG 46 4.1. Sự dẫn nhiệt trong vật rắn: . 46 4.2. Các hiệu ứng nhiệt – điện . 48 4.2.1. Hiệu ứng Seebeck . 53 4.2.2. Hiệu ứng Peltier 53 4.2.3. Hiệu ứng Thomson . 54 4.2.4. Pin nhiệt – điện: 55 4.3. Hiện tượng khuếch tán - nhiệt 57 4.3.1. Bản chất vật lý của hiện tượng chuyển nhiệt qua vật chắn . 57 4.3.2. Khảo sát bài toán theo quan điểm của lý thuyết Onsager . 57 4.3.3. Theo quan điểm của Thomson . 59 4.4. Rút ra công thức Prigorine và Thomson từ luận điểm của Onsager . 60 4.4.1. Rút ra tiên đề của Prigorine . 60 4.4.2. Rút ra luận điểm của Thomson: . 61 PHẦN III: KẾT LUẬN .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 3 GVHD: Trần Minh Quý PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhiệt động lực học cho phép ta thiết lập những qui luật tổng quát của các quá trình chuẩn tĩnh, mà không cần khám phá cơ cấu phân tử của chúng. Khi phân tích các quá trình chuẩn tĩnh, nhiệt động lực học cổ điển chỉ nêu ra chiều hướng của chúng mà không nêu ra những kết quả định lượng. Nhiệt động lực học cổ điển không nghiên cứu các lý thuyết về quá trình bất thuận nghịch. Do đó, xu hướng xây dựng ngành nhiệt động lực học về các quá trình bất thuận nghịch cũng là lẽ tự nhiên. Các quá trình này rất quan trọng về mặt thực tiễn.Các quá trình tiến hành trong công nghệ thực tế là những quá trình xa cân bằng, thực hiện trong hệ lớn và có nhiều hiệu ứng chồng chéo, ví dụ như hiệu ứng nhiệt – điện, hiệu ứng dẫn khối - nhiệt. Trong vài thập niên gần đây, một lý thuyết vĩ mô của nhiệt động lực học các quá trình bất thuận nghịch đã được xây dựng và đang dần hoàn thiện. Đây là lĩnh vực mới, phức tạp thu hút được sự chú ý của nhiều nhà bác học và những ai đam mê chuyên ngành vật lý lý thuyết. Và tôi là một trong những người đam mê vật lý lý thuyết. Chính vì sự đam mê đó nên tôi quyết định chọn đề tài luận văn tốt nghiệp của mình là: “Nhiệt động lực học cho các quá trình bất thuận nghịch”, với hy vọng sau khi hoàn thành xong đề tài của mình thì kiến thức của tôi về lĩnh vực phức tạp này được trau dồi và đồng thời giúp cho những ai yêu thích lĩnh vực này có thể tìm hiểu được dễ dàng hơn. 2. Giới hạn của đề tài Nghiên cứu các quá trình bất thuận nghịch chủ yếu theo phương pháp Onsager, chỉ khảo sát một số quá trình bất thuận nghịch tiêu biểu theo các phương pháp: Onsager, Thomson, Prigorine. 3. Các giả thuyết của đề tài Giả thuyết 1: Nếu hiểu được các quá trình bất thuận nghịch thì ta sẽ thấy các quá trình trong thực tế đều là bất thuận nghịch và còn có cả những hiệu ứng đan chéo nhưng không phải lúc nào cũng xảy ra, mà chúng phải thỏa mãn nguyên lý Curie. Giả thuyết 2: Nếu biết các phương pháp nhiệt động lực học các quá trình bất thuận nghịch thì ta sẽ tiến hành nghiên cứu các quá trình bất thuận nghịch, các hiệu ứng theo các phương pháp này. Từ đó, ta tìm các kết quả định lượng cho các quá trình bất thuận nghịch, các hiệu ứng và ta thấy rằng: Phương pháp các lực tổng quát của Thomson là tổng quát nhất. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chính yếu là lý thuyết.Nhiệt động lực học lấy những định luật tự nhiên tổng quát nhất (các nguyên lý) làm cơ sở. Các nguyên lý này là sự tổng quát hóa những kinh nghiệm lâu đời của nhân loại và được xác nhận bởi thực nghiệm. Thay vì phân tích chi tiết cơ cấu phân tử của các quá trình bất thuận nghịch, nhiệt động lực học Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 4 GVHD: Trần Minh Quý các quá trình bất thuận nghịch khảo sát các quá trình đó trên một quan điểm duy nhất là dựa trên sự biến đổi năng lượng đi kèm theo chúng. Đồng thời kết hợp với công cụ giải tích toán học, nhiệt động lực học các quá trình bất thuận nghịch rút ra những hệ thức hiện tượng luận, định lượng cho các quá trình bất thuận nghịch. 5. Các bước thực hiện đề tài - Nhận đề tài từ giáo viên hướng dẫn, định hướng công việc. - Tìm tài liệu có liên quan đến đề tài, nghiên cứu cơ sở lý thuyết của đề tài từ những tài liệu tham khảo. - Lập đề cương chi tiết đưa cho giáo viên hướng dẫn xem và điều chỉnh. - Thực hiện đề tài. - Hoàn tất bài luận văn. - Bảo vệ luận văn tốt nghiệp. Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 5 GVHD: Trần Minh Quý PHẦN II: NỘI DUNG Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU 1.1. Hệ nhiệt động và các thông số nhiệt động. Cân bằng nhiệt động Mọi đối tượng vật chất, mọi vật đều gồm một số lớn hạt được gọi là hệ vĩ mô. Kích thước của hệ vĩ mô lớn hơn nhiều so với kích thước của phân tử và nguyên tử. Thông số vĩ mô là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái vĩ mô của hệ, chẳng hạn như thể tích, nồng độ, mật độ, … Người ta chia thông số vĩ mô ra làm hai loại: thông số ngoại và thông số nội. Thông số ngoại (a i ) là đại lượng xác định bởi vị trí của các vật ngoài không tham gia vào hệ ta xét, chẳng hạn: thể tích, cường độ của trường lực ngoài. Các thông số ngoại là hàm của các tọa độ của các vật bên ngoài hệ. Thông số nội (b i ) là đại lương xác định bởi chuyển động và sự phân bố trong không gian của các hạt của hệ, chẳng hạn: mật độ, áp suất, năng lượng, độ phân cực, độ từ hóa, … Hàm trạng thái là đại lượng hoàn toàn xác định trạng thái của hệ, nó phụ thuộc vào một tập hơp các thông số vĩ mô độc lập xác định trạng thái của hệ. Trạng thái của hệ là dừng, nếu các thông số của hệ không thay đổi theo thời gian. Trạng thái cân bằng nhiệt động là trạng thái dừng, trong đó không có dòng dừng nào do tác động của các nguồn bên ngoài bất kỳ. Hay nói cách khác, trạng thái cân bằng là trạng thái mọi thông số của hệ hoàn toàn xác định và nếu không có tác động từ bên ngoài thì trạng thái đó sẽ tồn tại mãi mãi. Hệ nhiệt động là hệ vĩ mô nằm trong trạng thái cân bằng nhiệt động. Thông số nhiệt động là các thông số đặc trưng cho hệ nhiệt động. Hệ cô lập: là hệ không có sự trao đổi chất cũng như năng lượng với môi trường bên ngoài. Hệ kín: là hệ chỉ trao đổi năng lượng với môi trường . Hệ mở (hệ hở): là các trường hợp còn lại. 1.2. Quá trình cân bằng và quá trình không cân bằng 1.2.1. Quá trình: Quá trình nhiệt động là mọi biến đổi xảy ra trong hệ có liên quan tới sự biến thiên dù nhỏ của một thông số trạng thái của hệ. Chu trình (quá trình vòng): là quá trình mà trong đó hệ xuất phát từ trạng thái nào đó, chịu một loạt biến đổi rồi trở về trạng thái ban đầu. Quá trình mở: là quá trình mà trạng thái đầu và trạng thái cuối khác nhau. 1.2.2. Quá trình cân bằng và quá trình không cân bằng Từ định nghĩa trạng thái cân bằng ở phần trên, ta thấy rằng: Một trạng thái cân bằng được xác định bằng các thông số nhiệt động xác định. Nếu hệ là một khối khí nhất định, mỗi trạng thái cân bằng của nó được xác định bằng các thông số P,V,T. Do đó người ta biểu diễn trạng thái cân bằng trên đồ thị Clapâyrôn (P, V) bằng một điểm. Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 6 GVHD: Trần Minh Quý Một hệ không tương tác với ngoại vật nghĩa là không trao đổi công và nhiệt bao giờ cũng tự chuyển tới trạng thái cân bằng và tồn tại mãi mãi. Đối với một hệ vĩ mô chỉ có hai cách làm thay đổi trạng thái cân bằng: ngoại vật ảnh hưởng lên vật hoặc dưới dạng trao đổi công hoặc dưới dạng trao đổi nhiệt hoặc đồng thời cả hai dạng đó. Nếu trong hệ còn có những thăng giáng , nghĩa là những sai lệch nhỏ với trạng thái cân bằng, nó không làm thay đổi trạng thái cân bằng vĩ mô thì trong nhiệt động lực học ta bỏ qua những thăng giáng này. Quá trình cân bằng là một quá trình biến đổi liên tiếp các trạng thái cân bằng. Trên đồ thị Clapâyrôn (P, V) mỗi trạng thái cân bằng được biểu diễn bằng một điểm. Do đó mỗi quá trình cân bằng sẽ được biểu diễn bằng một đường cong nhất định. Theo định nghĩa này, quá trình cân bằng chỉ là một quá trình lý tưởng, không có trong thực tế. Vì trong quá trình biến đổi, hệ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng tiếp theo thì trạng thái cân bằng trước cũng bị phá hủy, nó thay đổi theo thời gian. Nếu quá trình được thực hiện rất chậm, hay nói một cách chặt chẽ, là thực hiện vô cùng chậm để có đủ thời gian thiết lập lại trạng thái cân bằng mới của hệ thì quá trình đó được coi là quá trình cân bằng. Từ đó, ta có định nghĩa khác về quá trình cân bằng: “Quá trình cân bằng (hay chuẩn tĩnh) là quá trình nếu như tất cả các thông số của hệ biến thiên một cách vô cùng chậm về phương diện vật lý, sao cho hệ luôn nằm trong các trạng thái cân bằng”. Một biến thiên của một thông số a nào đó của hệ được gọi là biến thiên chuẩn tĩnh hay vô cùng chậm về phương diện vật lý, nếu như tốc độ biến thiên dt da là rất nhỏ so với tốc độ biến thiên trung bình của thông số đó trong quá trình hồi phục của hệ. Cụ thể, nếu thông số a biến thiên đi một lượng a D và thời gian hồi phục là t thì trong các quá trình cân bằng ta có: dt da << t aD Nếu biến thiên của thông số a xảy ra rất nhanh, sao cho: dt da ³ t aD thì quá trình đó được gọi là quá trình không cân bằng (hay không tĩnh). Ví dụ: Khảo sát quá trình nén khí trong xilanh có pittông: Khi pittông đứng yên, khí ở trạng thái cân bằng với môi trường xung quanh. Áp suất, nhiệt độ và mật độ mọi nơi trong khối khí là như nhau. Khi pittông chuyển động xuống dưới do tác động của các ngoại lực thì áp suất của khối khí tại các điểm khác nhau sẽ khác nhau vì sự thay đổi áp suất sẽ lan truyền với vận tốc hữu hạn. Như vậy ở sát pittông, áp suất sẽ tăng nhanh hơn chỗ khác. Sự cân bằng áp suất tại mọi nơi trong khối khí bị phá hủy càng mạnh khi pittông chuyển động càng Khí Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 7 GVHD: Trần Minh Quý nhanh. Trạng thái đó là trạng thái không cân bằng vì nó không thể tồn tại được lâu khi pittông dừng lại. Vậy quá trình nén khí trong thực tế là một quá trình không cân bằng. Các thông số trạng thái của hệ trong quá trình không cân bằng luôn luôn thay đổi, do đó không thể biểu diễn các trạng thái, các quá trình không cân bằng trên đồ thị được. Bây giờ nếu ta nén khí rất chậm thì sự chênh lệch giữa các áp suất (cũng như nhiệt độ) và mật độ ở các phần khác nhau của khối khí có thể bỏ qua. Khi đó mỗi trạng thái của hệ đều cân bằng. Và do đó quá trình nén khí này là một quá trình cân bằng. 1.3. Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuận nghịch Dựa vào đặc tính của các quá trình người ta chia quá trình ra hai loại: Quá trình thuận nghịch và quá trình bất thuận nghịch 1.3.1. Quá trình thuận nghịch 1.3.1.1. Định nghĩa Một quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 được gọi là quá trình thuận nghịch, khi nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại và trong quá trình ngược lại đó, hệ trở về trạng thái ban đầu mà không có sự thay đổi nào trong hệ cũng như trong môi trường xung quanh. Từ định nghĩa quá trình cân bằng và quá trình thuận nghịch ta thấy rằng quá trình cân bằng là thuận nghịch.Vì muốn cho một quá trình cân bằng diễn biến theo chiều ngược lại ta chỉ cần thay đổi thông số ngoại một lượng vô cùng nhỏ. Và khi diễn biến theo chiều ngược lại hệ sẽ qua những trạng thái cân bằng đúng y như trước, khi trở về trạng thái ban đầu không gây ra biến đổi gì trong hệ cũng như trong môi trường xung quanh. 1.3.1.2. Ví dụ Ta xét một con lắc dao động không ma sát và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ của môi trường. Do các điều kiện này mà không có sự trao đổi nhiệt giữa con lắc với môi trường bên ngoài. Trong nửa chu kỳ đầu, con lắc đi theo chiều từ vị trí 1 đến vị trí 2 và nửa chu kỳ sau, con lắc lại đi theo chiều ngược lại từ 2 về 1. Sau quá trình thuận và nghịch, công của trọng lực sinh ra bằng 0. Kết quả là hệ con lắc và cả môi trường xung quanh không bị biến đổi gì. Quá trình dao động của con lắc khi đó là một quá trình thuận nghịch. Xét một lượng khí đựng trong xilanh để thẳng đứng được đóng kín bằng một pittông có gắn thêm một đĩa đựng cát. Ta tăng lượng cát trên pittông những lượng rất nhỏ, pittông đi xuống và nén khí rất chậm (giả sử không có ma sát giữa xilanh và pittông). Thôi nén và giảm cát đi những lượng rất nhỏ, lượng khí trong xilanh sẽ dãn và đi ngược qua tất cả các trạng thái trong quá trình nén để trở về trạng thái đầu tiên. Ở mỗi trạng thái trung gian, ngoại lực rất gần bằng áp lực của khí. Như vậy những trạng thái của lượng khí trong xilanh chỉ phụ thuộc vào vị trí của pittông mà không phụ thuộc chiều chuyển động của nó, chúng có thể nói tiếp nhau theo chiều này hay chiều kia. Đó là một quá trình thuận nghịch. 1 2 Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 8 GVHD: Trần Minh Quý Nói chung, mọi quá trình cơ học không có sự tham gia của ma sát đều là quá trình thuận nghịch. 1.3.2. Quá trình bất thuận nghịch 1.3.2.1. Định nghĩa Quá trình bất thuận nghịch là tất cả những quá trình nào không thỏa mãn tính chất của quá trình thuận nghịch. Từ định nghĩa quá trình bất thuận nghịch ta thấy rằng: quá trình bất thuận nghịch là quá trình khi hệ tiến hành quá trình thuận và quá trình ngược lại để đưa hệ trở về trạng thái ban đầu thì môi trường xung quanh bị biến đổi. Trong quá trình bất thuận nghịch, công và nhiệt giữa quá trình thuận và quá trình nghịch không được bảo toàn: Công mà hệ nhận vào từ môi trường trong quá trình nghịch khác với công mà hệ sinh ra cho môi trường trong quá trình thuận từ trạng thái đầu về trạng thái cuối. Nói chung mọi quá trình bất thuận nghịch đều là quá trình không cân bằng (không tĩnh). Nhưng kết luận ngược lại thì quá trình không cân bằng chưa chắc đã là bất thuận nghịch. Hiện nay, người ta biết có hai quá trình siêu dẫn và siêu chảy là không cân bằng nhưng thuận nghịch, còn lại các quá trình không cân bằng khác đều bất thuận nghịch. 1.3.2.2. Ví dụ Xét một lượng khí đựng trong xilanh để thẳng đứng được đóng kín bằng một pittông có gắn thêm một đĩa đựng cát. Ta tăng lượng cát trên pittpông những lượng lớn, pittông đi xuống và nén khí rất nhanh. Áp suất của phần dưới sát pittông sẽ lớn hơn ở các phần khác của lượng khí trong xilanh do nó bị dồn lại đột ngột. Mỗi trạng thái của quá trình này đều không cân bằng. Sau khi nén đột ngột như thế, ta lại lấy ra một cách đột ngột phần cát đã thêm vào lúc nén thì lượng khí sẽ dãn đột ngột qua những trạng thái không cân bằng và không trùng với các trạng thái của quá trình nén. Đó là một quá trình không cân bằng và do đó nó là một quá trình bất thuận nghịch. Khí Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường Giang 9 GVHD: Trần Minh Quý 1.4. Một số quá trình bất thuận nghịch 1.4.1. Quá trình chuyển hóa từ cơ năng sang nội năng Quá trình này thường được gọi là quá trình biến công thành nhiệt, còn quá trình ngược lại gọi là quá trình biến nhiệt thành công. Quá trình biến công thành nhiệt là một quá trình không tự diễn biến theo chiều ngược lại. Muốn biến nhiệt thành công ta phải dùng động cơ nhiệt, lúc đó môi trường xung quanh đã bị biến đổi do nhận nhiệt lượng mà động cơ nhả ra. Tóm lại, quá trình chuyển hóa từ cơ năng sang nội năng là quá trình bất thuận nghịch. Một hiện tượng rất phổ biến, trong đó xảy ra quá trình biến công thành nhiệt là hiện tượng ma sát. Lực ma sát luôn cản trở chuyển động và sinh công âm dù sự dịch chuyển là như thế nào. Công này chuyển thành nhiệt lượng làm nóng các vật tham gia ma sát. Nói chung, mọi quá trình có mặt sự ma sát đều bất thuận nghịch. Ví dụ: Một xe đạp đang đi trên đường. Nếu bóp phanh thì xe dần dần dừng lại. Má phanh và vành bánh nóng lên do cơ năng đã chuyển hóa thành nội năng. Còn quá trình ngược lại, má phanh và vành bánh xe lạnh đi chuyển nội năng của mình thành cơ năng làm quay bánh xe và làm xe chuyển động là chuyện chưa từng xảy ra. Đó là một quá trình bất thuận nghịch. 1.4.2. Quá trình dãn nở khí vào chân không Sự dãn nở của một lượng khí vào chân không cũng là một quá trình bất thuận nghịch. Giả sử ta có một hệ cô lập gồm một bình hai ngăn AB có vách ngăn C như hình. Ngăn bình A chứa một lượng khí, còn ngăn bình B là chân không. Cất vách ngăn C đi. Lượng khí trong ngăn bình A sẽ dãn tự động sang ngăn bình B. Đó là một hiện tượng tự nhiên. Nhưng ngược lại, quá trình lượng khí đó tự nén lại vào ngăn bình A là chưa xảy ra bao giờ. Nếu muốn lượng khí trở về nửa bình A ta cần lắp một pittông rồi dồn khí lại. Việc làm này đã kéo theo quá trình biến công thành nhiệt. Mà ta đã biết quá trình biến công thành nhiệt là một quá trình bất thuận nghịch. Do đó sự dãn nở của một lượng khí vào chân không cũng là một quá trình bất thuận nghịch. 1.4.3. Quá trình truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt là một quá trình bất thuận nghịch. Vì thực nghiệm cho thấy, trong một hệ cô lập, các vật có nhiệt độ khác nhau, nhiệt sẽ tự động truyền từ vật nóng A C a b c d B . dẫn Sinh viên thực hiện: ThS. GVC. Trần Minh Quý Nguyễn Trường Giang MSSV: 1050121 THÁNG 5, 2009 Luận văn tốt nghiệp Ngành sư phạm Lý SVTH: Nguyễn Trường