độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử của vật.. Vậy, trong một chu trình biến đổi của một hệ nhiệt động, nhiệt mà hệ nhận được bằng công mà nó sinh ra hoặc ngược lại... c) Ý nghĩa củ[r]
(1)CHƯƠNG NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC §1 Khí lý tưởng
(2)§1 KHÍ LÝ TƯỞNG
1 Định nghĩa đại lượng vật lý
* Áp suất: Là đại lượng có giá trị lực nén
vng góc lên đơn vị diện tích
- Trên diện tích vô nhỏ dS chịu tác dụng lực nén vng góc dF, cơng thức chuyển thành:
- Đơn vị: Pa (Pascal)
- Ngoài đơn vị Pa, giáo trình cịn sử dụng đơn vị at:
1at = 9,81.104 (Pa)
F p
S
dF p
dS
(3)* Nhiệt độ: Là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức
độ chuyển động hỗn loạn phân tử vật - Đơn vị: K (Kenvil) – Nhiệt độ tuyệt đối
T (K) = t (0C) + 273
* Thể tích khí: Bằng thể tích bình chứa khí (m3)
2 Phương trình trạng thái khí lý tưởng
- Xét khối khí có khối lượng m (kg) bình thể tích V (m3) chứa loại khí có khối lượng phân tử
(kg/kmol), nhiệt độ T (K) áp suất p (Pa), ta có
ở R = 8,31.103 (J/Kmol.K)
m
pV RT
(4)0
2
3 đ
p n W
3 Phương trình thuyết động học phân tử
n0 mật độ phân tử khí (Phân tử/m3)
là động tịnh tiến trung bình phân tử khí (J)
m khối lượng phân tử khí (kg).
là trung bình bình phương vận tốc phân tử khí
Trong đó:
2 2
đ
mv W
2
v
(5)* Một số hệ quả
Vậy:
a/ Động tịnh tiến trung bình phân tử
Ta có: R = 8,31.103 (J/kmolK), N
A = 6,02.1026 số Avôgađrô
23
1,38.10 (J/K) :
A R k
N
Hằng số Bônzơman
Đặt:
3 2
đ
W kT
b/ Vận tốc quân phương
2 3RT
v
c/ Mật độ phân tử khí
0
p n
(6)-Xét bình chứa hỗn hợp nhiều loại khí lý tưởng với áp suất tương ứng p1, p2, , pn Khi áp suất hỗn hợp khí
d/ Định luật Đantôn
1 n
p p p p
4 Nội khí lý tưởng a) Số bậc tự do
- Là số tọa độ độc lập cần thiết để xác định vị trí phân tử khí khơng gian
- Ký hiệu: i - Ví dụ:
+ Với khí đơn nguyên tử (He, Ne, Ar, ): i = 3 + Với khí lưỡng nguyên tử (O2, N2, H2, ): i = 5 + Với khí ba nguyên tử trở lên (CO2, SO2, NH3):
i = 6.
(7)b Định luật phân bố theo bậc tự do
Định luật: Động trung bình phân tử phân bố
đều cho bậc tự động ứng với bậc tự bằng kT/2.
- Do tính hỗn loạn, khơng có phương ưu tiên chuyển động nhiệt nên theo ba trục tự x, y, z có
2 2
x y z
v v v
- Nếu phân tử khí có i bậc tự động tồn phần
Wđ = ikT/2
- Nếu có N phân tử khí động hệ khí
(8)c Biểu thức nội khí lý tưởng
- Nội (U) khí lý tưởng lượng chuyển động nhiệt (động năng) khối khí
- Do k = R/NA mà N/NA = m/ => Biểu thức nội năng:
ở đây: U nội khối khí (J), m khối lượng khối khí (kg), khối lượng phân tử (kg/kmol), i số bậc tự do, T
nhiệt độ tuyệt đối (K), R = 8,31.103 (J/kmol.K)
- Độ biến thiên nội khối khí:
2 m i
U RT
2 ( 1)
2 2 2 2
m i m i m i m i
U U U RT RT R T T R T
(9)1 Nguyên lý I a) Phát biểu
Trong trình biến đổi, độ biến thiên nội hệ có giá trị tổng cơng nhiệt mà hệ nhận q trình
* Biểu thức: U = A + Q
U: Độ biến thiên nội (J)
A: Công hệ nhận (J)
Q: Nhiệt mà hệ nhận (J).
* Chú ý ký hiệu:
A’ = - A: Công hệ sinh ra Q’ = - Q: Nhiệt hệ sinh ra.
(10)b Các hệ quả * Hệ 1
- Với hệ cô lập:
Hệ không trao đổi công nhiệt với môi trường nên A = Q = => U = A + Q = => U1 = U2
Vậy nội hệ cô lập bảo tồn
- Hệ lập gồm hai vật trao đổi nhiệt với nhau:
(11)* Hệ
- Hệ biến đổi theo chu trình: U = => A + Q = Q = - A =
A’ A = - Q = Q’ Vậy, chu trình biến đổi hệ nhiệt động, nhiệt mà hệ nhận cơng mà sinh ngược lại
c) Ý nghĩa Nguyên lý I
- Không thể chế tạo động vĩnh cửu loại – loại động sinh cơng mà khơng nhận lượng từ bên ngồi sinh cơng lớn lượng mà nhận
(12)2 Các trình cân khí lý tưởng
- Xét q trình biến đổi hai trạng thái (p1, V1, T1) (p2, V2,
T2) chất khí có khối lượng phân tử , số bậc tự i, khối lượng m
(13)§3 NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1 Những hạn chế Nguyên lý I
- Nguyên lý I không cho biết chiều diễn biến trình thực tế xảy
- Nguyên lý I không bác bỏ khả nhiệt biến đổi hồn tồn thành cơng
- Nguyên lý I không việc lấy nhiệt nơi có nhiệt độ cao cho hiệu suất cao lấy nơi có nhiệt độ thấp
2 Các cách phát biểu Nguyên lý II
- Không thể chế tạo động vĩnh cửu loại hai
- Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng
(14)3 Hiệu suất động nhiệt a) Theo chu trình bất kỳ
Hiệu suất tỉ số công sinh A’ nhiệt lượng Q1 nhận từ nguồn nóng
b) Theo chu trình Cácnơ
Với nguồn nóng có nhiệt độ T1 nguồn lạnh có nhiệt độ
T2 xác định, hiệu suất động làm việc theo chu trình Cácnơ (là chu trình lý tưởng ơng Cácnơ đưa ra) hiệu suất cực đại, có giá trị
1 ' A Q 1 CN T T Tác nhân
Nhiệt nhận vào Q1 Hao
phí Công