Chuong 9 - tóm tắt kiến thức vật lí đại cương 1

1 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com CHƯƠNG 9: NGUYÊN LÝ THỨ HAI NHIỆT ĐỘNG HỌC DẠNG 1: MÁY NHIỆT 1.1 Kiến thức bản: a Máy nhiệt - Máy nhiệt thiết bị nhận nhiệt từ nguồn nóng, sau quay tay chu trình chuyển hóa phần nhiệt nhận từ nguồn nóng thành cơng, cịn phần cịn lại thải toilet, tức nguồn lạnh - Thông thường máy nhiệt chứa chất sinh cơng (khơng khác cị mồi), chất nhận nhiệt chuyển hóa phần nhiệt thành cơng, phần lại truyền nốt cho nguồn lạnh Chúng ta thấy động nước nước đóng vai trị chất sinh cơng Nó nhận nhiệt từ nguồn nóng bốc hơi, làm quay động cơ, gặp nguồn lạnh truyền nốt phần nhiệt thừa trở lại trạng thái nước rơi tõm vào tay thằng nguồn nóng Nói chung số phận hẩm hiu hết qua tay anh nguồn nóng qua tay anh nguồn lạnh  tàn đời hoa - Một đặc điểm cần ý máy nhiệt hoạt động theo chu trình nên sau chu trình lại quay trạng thái ban đầu  độ biến thiên nội  nhiệt mà hệ nhận chuyển hồn tồn thành cơng - Như cơng mà máy nhiệt sinh tổng lượng bị hấp thụ máy nhiệt nên ta có: | | | | - Nếu chất sinh cơng khí sau chu trình kín, phần diện tích bao bọc đường chu trình cơng sinh máy nhiệt Cái nghe khó hiểu vcđ, thực biết từ hồi học cấp có điều ko biết ứng dụng Đó phần ứng dụng tích phân để tính giới hạn hai đồ thị hàm số Ở hàm thứ ứng với công lượt đi, hàm thứ hai ứng với công lượt Lấy công lượt cộng công lượt công thức tính diện tích thơi DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com đ  dạng tính diện tích giới hạn hai đồ thị hàm số p1(V) p2(V) chưa? - Tiếp đến bàn vấn đề hiệu suất, tất nhiên biết chẳng có máy hiệu suất 100% Như thể người nhận lượng dạng thức ăn phần hấp thụ chuyển thành cơng, phần cịn lại khơng hấp thụ hết chuyển thành shit H2O  tất nhiên phần mang lượng tái sử dụng trường hợp đói q Chứ bình thường để bón tưới rau thoai Máy móc vậy, người thường ảo tưởng tạo máy hiệu suất 100%  tất nhiên thời xa xưa thơi, cịn có đầu óc có vấn đề tìm cách tạo máy có hiệu suất 100% Chúng ta nghiên để nâng cao hiệu suất tối đa thơi - Hiệu suất máy nhiệt tính theo cơng thức: | | | | | | | | | | | | - Đến ta phát biểu định luật thứ nhiệt động lực học: Không thể tạo máy nhiệt hấp thụ hoàn toàn nhiệt từ nguồn nóng chuyển hóa hết thành cơng Tóm lại phát biểu ngắn gọn éo có máy nhiệt có hiệu suất 100% b Máy lạnh - Trong máy nhiệt, trình truyền lượng theo hướng từ nguồn nóng sang nguồn lạnh  trình tự nhiên Giống kiểu già phải toi thơi Tuy nhiên, cưỡng lại ý trời cách thực chu trình đảo ngược, tức làm cho nhiệt truyền từ nguồn lạnh ngược nguồn nóng Và tất nhiên để làm điều này, phải truyền lượng vào hệ Giờ muốn sống lâu phải tăng cường thuốc bổ thận tráng dương rocket 1h chẳng hạn  tức nhận lượng để chống lại q trình lão hóa tự nhiên Thiết bị nhận lượng để truyền DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com nhiệt từ nguồn lạnh sang nguồn nóng gọi bơm nhiệt hay gọi máy lạnh - Giờ nghiên cứu tí hoạt động máy điều hịa Ai dùng mà cuối chả biết nguyên lí làm việc Do đó, sinh viên sinh viên bk phải biết hiểu để cịn bốc phét chém gió với gấu Cứ tưởng tưởng qua nhà gấu thấy điều hòa trục trặc, kt phán vài ba câu chun mơn phụ huynh thần tượng  lợi học vê lờ Giờ để ý vào hình vẽ bên Đối với máy điều hịa phải có chất làm lạnh (dạng khí lỏng tùy theo thời điểm chất đóng vai trị cầu nối để chuyển nhiệt từ nguồn lạnh sang nguồn nóng Bất máy điều hịa có phận quan trọng có tên nén khí (compressor) dùng để nén bơm khí làm lạnh Q trình nén khí làm tăng nhiệt lượng nhiệt xử lý cách cho khí qua phận ngưng tụ  phận có tác dụng hấp thụ lượng nhiệt dư thừa Thực nghe tên oai cóc cấu tạo đơn giản giàn ống dẫn khí, bên ngồi có gắn quạt để thổi khơng khí qua giàn ống Khơng khí lấy nhiệt dư thừa dàn ống mang Kết khí sau bị nhiệt bị ngưng tụ chuyển thành thể lỏng đưa đến tập trung xếp hàng trước cửa nhà anh van giãn nở (ko biết dịch chuẩn chưa, tiếng anh expansion valve) Thực van giống đóng vai trị giống van điều tiết áp suất Một bên van chất làm lạnh trạng thái lỏng có áp suất cao, bên chất làm lạnh trạng thái Van kết nối với cảm biến nhiệt độ phịng để đóng mở Khi nhiệt độ phòng cao nhiệt độ setup van mở xả lượng chất làm lạnh trạng thái lỏng qua Quá trình xả dẫn đến thể tích chất làm lạnh tăng đột ngột, áp suất giảm mạnh kéo theo nhiệt độ chất làm lạnh giảm dã man Chất làm lạnh lúc dạng đưa qua hệ thống bốc Bằng cách lấy khơng khí phịng thổi qua hệ thống này, khơng khí bị nhiệt trước thổi lại vào phòng khiến phòng mát Kết thúc trình này, chất làm lạnh lại đưa vào nén để bắt đầu chu trình c Chu trình Carno DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com - Năm 1824, Carno đưa máy lý thuyết (tức có lý thuyết) gọi máy Carno Mặc dù lí thuyết lại có vai trị vơ quan trọng cho biết hiệu suất tối đa cúa máy (hay cịn gọi động cơ) thực tế đạt Carno đưa chu trình làm việc cho hiệu suất cao nhất, chu trình tóm tắt chữ: đẳng – đoạn – đẳng – đoạn Tức chu trình gồm có q trình đẳng nhiệt đoạn nhiệt xen kẽ Giờ nghiên cứu kĩ chu trình để cịn biết đường mà bốc phét chém gió thi gặp phải - Q trình AB: trình giãn nở đẳng nhiệt cách cho khí xi lanh tiếp xúc trực tiếp với nguồn nóng - Q trình BC: q trình giãn nở đoạn nhiệt cách vứt cụ thằng nguồn nóng thay đế chắn không dẫn nhiệt Kết thức trình nhiệt độ giảm xuống T C - Quá trình CD: trình nén đẳng nhiệt, lúc thay đế ko dẫn nhiệt nguồn lạnh có nhiệt độ TC - Q trình DA: trình nén đoạn nhiệt  vứt tiếp thằng nguồn lạnh thay đế chắn không dẫn nhiệt - Cuối ta có chu trình Carno hình vẽ bên Với công sinh lớn nên hiệu suất lớn Trong chu trình Carno ta có mối liên hệ nhiệt nhận từ nguồn nóng nhiệt nhả cho nguồn lạnh: | | | | - Hiệu suất chu trình Carno là: - Đối với máy lạnh làm việc theo chu trình Carno ta khơng dùng hiệu suất mà dùng hệ số làm lạnh  tỷ số nhiệt mà tác nhân lấy từ nguồn lạnh công tiêu tốn DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com | | | | | | | | 1.1 Bài tập ví dụ: Bài 9.1: Một máy nước có cơng suất 14,7kW, tiêu thụ 8,1kg than Năng suất tỏa nhiệt than 7800 kcal/kg Nhiệt độ nguồn nóng 200oC, nhiệt độ nguồn lạnh 580C Tìm hiệu suất thực tế máy So sánh hiệu suất với hiệu suất lý tưởng máy nhiệt làm việc theo chu trình Carno với nguồn nhiệt kể * Nhận xét: Khi làm tốn dạng quan trọng xác định đại lượng cơng sinh ra, nhiệt nhận từ nguồn nóng, nhiệt nhả cho nguồn lạnh hay nhiệt độ nguồn nóng, nguồn lạnh Xác định xong tính q đơn giản * Giải: - Đề cho công suất máy nước mà ta biết cơng suất liên hệ với công theo công thức: → - Thời gian biết, thay vào xác định công sinh máy: 3600 52920 14.7 10 - Nhiệt lượng mà máy nước nhận lượng nhiệt tỏa than cung cấp nên ta có: 7800 4.18 1000 8.1 264092 - Hiệu suất máy nước là: 52920 20% 264092 - Nếu máy làm việc theo chu trình Carno hiệu suất là: 58 273 1 30% 200 273 - Như vậy: Bài 9.4: Một động nhiệt làm việc theo chu trình Cácnơ, sau chu trình sinh cơng A=7,35.104J Nhiệt độ nguồn nóng 100 0C, nhiệt độ nguồn lạnh 00C Tìm: DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com a Hiệu suất động b Nhiệt lượng nhận nguồn nóng sau chu trình c Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh sau chu trình * Nhận xét: Bài toán liên quan tới chu trình Carno, nói chung dễ pt đơn giản dễ nhớ Cứ liệt kê pt liên quan tới chu trình Carno động nhiệt xong * Giải: - Hiệu suất động làm việc theo chu trình Carno là: 273 1 26.8 % 100 273 - Bài tốn cho biết cơng từ cơng thức tính hiệu suất ta xác định nhiệt lượng mà nguồn nóng cung cấp: 7.35 10 → 27.42 10 26.8% - Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh đơn giản, sử dụng bảo toàn lượng xong → Bài 9.5: Nhiệt độ nước từ lò vào máy nước t1=2270C, nhiệt độ bình ngưng t2=27 0C Hỏi tốn nhiệt lượng Q = 1kcal thu cơng cực đại theo lý thuyết bao nhiêu? * Nhận xét: Bài toán cho biết nhiệt lượng cung cấp từ nguồn nóng hỏi cơng cực đại  cơng cực đại xuất máy thực theo chu trình Carno Đề cho nhiệt độ nguồn nóng lạnh  dễ vồn  * Giải: - Hiệu suất theo chu trình Carno là: 1 40%  còi - Mặt khác hiệu suất tính theo cơng nên ta có: → % Bài 9.6: Một chu trình Cácnơ thực hai máy điều nhiệt nhiệt độ t1=400oC, t2=20oC Thời gian để thực chu trình t = 1s Tìm cơng suất (sinh cơng) làm việc động theo chu trình ấy, biết tác nhân 2kg khơng khí, áp suất cuối q trình giãn đẳng nhiệt áp suất đầu trình nén đoạn nhiệt Cho khơng khí có μ =29kg/kmol DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com * Nhận xét: Bài tốn u cơng tìm cơng suất, thực cơng suất tương tự tìm cơng Chỉ có điều khác chỗ sau tìm cơng xong chia cho thời gian thực cơng cơng suất Tiếp theo tốn cho chu trình Carno bước đầu tính hiệu suất Carno Vấn đề tìm nhiệt cung cấp từ nguồn nóng  đề cho kiện liên quan tới khối lượng khơng khí áp suất  phải dùng để tính Phân tích chu trình Carno thấy nhiệt mà nguồn nóng cung cấp trình 1-2 (quá trình giãn nở đẳng nhiệt) * Giải: - Hiệu suất chu trình Carno là: 20 273 1 56.46% 400 273 p p1 Qh p2 = p4 p3 QC V1 V4 V2 V3 V - Nói chung bảo đến tơi chả nhìn hướng, biết ngồi phân tích q trình link với thơi • Q trình 1-2: q trình giãn nở đẳng nhiệt  nhiệt độ không đổi  biến thiên nội  nhiệt nhận được chuyển hóa thành cơng (chú ý cơng mà khí sinh trình đẳng nhiệt) Sở dĩ ta phải biến đổi áp suất đề khơng cho kiện liên quan tới thể tích, nên đổi áp suất cho tiện • Q trình 4-1: nhiều bạn hỏi không xét 2-3, 3-4 mà lại xét 4-1 Thực có dở lao đầu xét hai trình Tất nhiên xét chả tội dài Phân tích đề thấy cho biết p2 = p4  chắn phải chọn trình có điểm Tiếp theo trình 1-2 cho DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com biết nhiệt lượng hàm theo p1  nên phân tích q trình dính tới điểm Từ phân tích mà ta nên chọn q trình 4-1 để xét thơi Q trình 4-1 trình đoạn nhiệt ta có: Tất nhiên đề chả cho thể tích đừng có dại mà giữ nguyên  biến đổi nhiệt độ áp suất cho tiện: → → - Đến ok rồi, nhiệt độ biết Thay phát vào pt xác định nhiệt lượng nhận trình đẳng nhiệt Chú ý khơng khí bậc tự i = 5, γ = 1.4 2000 20 273 8.314 400 273 29 400 273 1.12 10 - Đến tính cơng sinh chu trình q đơn giản → 634 - Suy công suất sinh chu kì là: Bài 9.7: Một máy làm lạnh làm việc theo chu trình Carno nghịch, tiêu thụ công suất 36800W Nhiệt độ nguồn lạnh -10oC, nhiệt độ nguồn nóng 17oC Tính: a Hệ số làm lạnh máy b Nhiệt lượng lấy nguồn lạnh 1s c Nhiệt lượng nhả cho nguồn nóng giây * Nhận xét: Bài toán liên quan tới máy lạnh làm việc theo chu trình Carno nghịch, máy làm lạnh tính hệ số biết nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh * Giải: - Hệ số làm lạnh máy là: 10 273 9.74 17 273 10 273 DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com - Công suất tiêu thụ cơng tiêu tốn 1s nguồn lạnh 1s là: - Nhiệt lượng nhả cho nguồn nóng 1s là: DNK - 2014  nhiệt lượng lấy từ 10 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com DẠNG 2: ĐỒ THỊ QUÁ TRÌNH P-V 2.1 Kiến thức - Cũng tương tự chương 8, dạng chủ yếu dựa kĩ phân tích đồ thị trình để xây dựng pt tìm đại lượng biết - Chương liên quan tới định luật thứ nên chủ yếu xoay quay trình đẳng nhiệt đẳng áp  cần nắm rõ tính chất q trình để xây dựng cơng thức cho chuẩn 2.1 Bài tập ví dụ Bài 9.14: Hình vẽ trình bày giản đồ lý thuyết động đốt bốn kỳ a Trong trình đầu tiên, hỗn hợp cháy nạp vào xilanh, po=const thể tích tăng từ V2 tới V1 (nhánh AB); b Trong trình thứ hai (nhánh BC), hỗn hợp cháy nén oạn nhiệt từ thể tích V1 tới V2 Khi nhiệt độ tăng từ T0 đến T1 áp suất từ p0 đến p1; c Tiếp theo trình đốt cháy nhanh hỗn hợp cháy tia lửa điện; áp suất tăng từ p1 tới p2, thể tích khơng đổi V2 (nhánh CD), nhiệt độ tăng tới T2; d Tiếp theo q trình giãn đoạn nhiệt từ thể tích V2 tới V1 (nhánh DE), nhiệt độ giảm xuống T3; e Ở cuối pittơng (điểm E), van mở, khí ngồi, áp suất giảm nhanh tới po, thể tích không đổi V1 (nhánh EB) f Cuối trình nén đẳng áp áp suất po (nhánh BA) Hãy tính hiệu suất chu trình hệ số nén ε =V1/V2=5 hệ số đoạn nhiệt γ =1,33 p p2 p1 D, T2 C, T1 E, T3 p3 p0 A V2 DNK - 2014 B, T0 V1 V 10 11 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com * Nhận xét: Nói chung đọc đề xong chả muốn làm rồi, vừa dài vừa khó hiểu Tốt phân tích bước Đề yêu cầu tính hiệu suất  tính ba đại lượng: nhiệt nguồn nóng cung cấp, nhiệt truyền cho nguồn lạnh công sinh xong Giờ check lại chu trình để tìm xem giai đoạn ông tướng nhận nhiệt giai đoạn truyền nhiệt Dễ thấy q trình CD q trình hệ nhận nhiệt trình EB hệ truyền nhiệt ngồi thơng qua việc xả khí * Giải: - Xét trình CD  trình đẳng áp nên công sinh 0, nhiệt nhận chuyển hết thành nội năng: ∆ ∆ - Xét trình ED  trình đẳng áp  công sinh ∆ → hệ sinh nhiệt ∆ - Như tìm QCD QEB hồn tồn xác định hiệu suất theo công thức: | | | | 2 - Đến nhiều bạn thắc mắc ko rút thằng i, n, R Thực để tiện đề có cho nhiệt độ đâu, nên để biến đổi áp suất thể tích tiện Biến đổi áp suất thể tích ta có:  thay cẩn thận kẻo nhầm 2 Như giải áp suất xong  biến đổi thể tích thơi  ý cịn q trình đoạn nhiệt - Xét q trình đoạn nhiệt BC ta có: - Xét q trình đoạn nhiệt DE ta có:  ngắm nghía xem làm để có p0 – p3 p2 – p1 xong  nhìn phát Trừ vế với vế xong: DNK - 2014 11 12 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com → - Phù xong  thay lên chốt hạ % Bài 9.17: Một máy nước chạy theo chu trình stilin gồm hai trình đẳng nhiệt hai q trình đẳng tích hình vẽ Tính hiệu suất chu trình So sánh hiệu suất với hiệu suất chu trình Carno có nhiệt độ nguồn nóng nguồn lạnh p p3 p2 3, T1 2, T2 4, T1 p4 1, T2 p1 V2 V1 V * Nhận xét: Tự dưng lòi đâu anh Stilin ảo vồn, nhiên đừng care đến tên chu trình mà cần quan tâm đến trình chu trình Chu trình gồm hai trình đẳng nhiệt hai q trình đẳng tích Nói chung đẳng nhiệt làm dễ chịu đơn giản đoạn nhiệt nên chu trình khơng q khó xơi Bài tốn u cầu tính hiệu suất  tìm xem nhiệt nhận trình xả q trình nào, tìm cơng sinh chu trình * Giải: - Dễ thấy q trình 1-2 q trình nén đẳng nhiệt  hệ nhận công âm Δ DNK - 2014  nhiệt 12 13 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com - Quá trình 2-3 trình đẳng tích, lúc hệ nhận nhiệt chuyển hết thành nội  lý mà ta thấy nhiệt độ tăng từ T2 lên T1  trình hệ nhận nhiệt Δ  nhận nhiệt Δ - Quá trình 3-4 giãn nở đẳng nhiệt  trình hệ phải nhận nhiệt để sinh công giãn nở  nhận nhiệt Δ - Quá trình 4-1 trình đẳng tích, hệ nhiệt giảm nhiệt độ  trình hệ truyền nhiệt ngồi Δ  nhiệt Δ - Tổng lượng nhiệt hệ nhận vào từ nguồn nóng là: - Cơng mà hệ sinh chu trình là: - Hiệu suất động là: - Hiệu suất động làm việc theo chu trình Carno là: Dễ thấy tử số mẫu số trường hợp Stilin lại lớn  hiệu suất nhỏ so với Carno  tóm lại Carno độc cô cầu bại rồi, ko bá ông ý đâu :v DNK - 2014 13 14 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com DẠNG 3: ENTROPY 3.1 Kiến thức cần biết: - Entropy khái niệm mơ hồ, biến trạng thái đặc trưng cho mức độ hỗn loạn hệ Do biến trạng thái nên khơng phụ thuộc vào q trình biến đổi mà phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối - Tóm lại entropy éo nhỉ? Khó hiểu kinh Giờ tơi lấy ví dụ thấy tầm quan trọng entropy, giúp ta thấy xu xảy Giả sử lớp có tổng sĩ số 30 mem, 30 mem trym, sống học hành diễn êm đềm Anh em sống chan hòa với nhau, chia sẻ chai dầu ăn Cho đến ngày trym chuyển lớp sắn bổ sung vào lớp Lúc này, thèm sắn âm ỉ 29 trym lại bắt đầu thổi lên Anh em bắt đầu quay sang GATO, tỉa đểu, nói xấu lẫn để có hội ăn sắn  nội lục đục  góc nhìn vật lý ta nói entropy lớp tăng Hình ví dụ minh họa hệ có entropy nhỏ hệ có entropy lớn: Entropy nhỏ Entropy lớn - Mọi trình tự nhiên dẫn đến việc entropy tăng  điều nghe vơ lý thực thực, tất nhiên với hiểu biết Cịn sau có đưa lý thuyết chuẩn entropy bị vứt vào sọt rác Có thể nói entropy tồn vũ trụ ln ln tăng chả giảm Entropy hệ cho giảm lúc entropy hệ khác có liên hệ với tăng, chí cịn tăng lớn Khi dẫn gấu vào bk chẳng hạn, thân cảm thấy sướng n bình có gấu bên  entropy giảm Cùng lúc đó, hàng trăm đứa GATO, a kay chim cú muốn lao DNK - 2014 14 15 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com vào phá  entropy hệ xung quanh tăng, chí cịn gấp hàng trăm lần độ giảm entropy Kết entropy trường bách khoa tăng Do entropy tăng nên nhà khoa học dự đốn tăng đến giá trị tới hạn mà nhiệt độ vật chất  thứ bị phá hủy, vũ trụ die Nhiều bạn nghĩ lý thuyết hoang đường vãi, hư cấu vê lờ Tuy nhiên thử tưởng tượng nhiệt độ thứ nhau, khơng có q trình trao đổi nhiệt diễn ra, động ngừng hoạt động ko cịn nguồn nóng nguồn lạnh, người khơng cịn cảm giác nóng lạnh, ơm bị có cảm giác ơm gấu Tóm lại, thực phũ phàng xã hội tồn có bất bình đẳng, người cố gắng trì xã hội bình đẳng đánh đổi bẳng bất bình đẳng thứ xung quanh xã hội  entropy trơng mà giải thích nhiều tượng phết  khoa học hay xã hội giải thích hết - Ở vật lý, đặc biệt nhiệt động lực học, entropy đóng vai trị quan trọng, sử dụng để mô tả định luật hai nhiệt động lực học Theo định luật hai nhiệt động lực học vật nóng tiếp xúc với vật lạnh nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh Khi vật đốt nóng entropy tăng phân tử chuyển động nhanh hỗn loạn Quá trình truyền nhiệt tự nhiên từ vật nóng sang vật lạnh q trình làm nóng vật lạnh làm tăng entropy hệ Entropy đạt giá trị cao lượng phân phối cho phân tử vật nóng lạnh  tức hai vật có nhiệt độ - Cơng thức tính entropy nhiệt động lực học: Δ Chú ý cơng thức áp dụng cho q trình thuận nghịch khơng thuận nghịch pó tay ln Nhưng may mà entropy hàm trạng thái khơng phụ thuộc vào trình nên ta dùng thoải mái quyền giả sử trình hai trạng thái trạng thái thuận nghịch - Nói chung cơng thức đơn giản, tốn tìm nhiệt lượng tìm nhiệt độ trình - Chú ý số đặc điểm quan trọng sau: • Q trình đoạn nhiệt thuận nghịch  nhiệt lượng trao đổi nên độ biến thiên entropy DNK - 2014 15 16 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com • Entropy thay đổi trình chuyển pha, tăng nhiệt, giãn nở - Các bước làm tốn xác định entropy: • Viết cơng thức vi phân entropy trước: • Xem tốn cho điều kiện để biến đổi tìm cách đưa dT • Sử dụng tích phân tính cho phù hợp, thường 3.1 Bài tập ví dụ Bài 9.18: Tính độ biến thiên entropy hơ nóng đẳng áp 6,5g hiđrơ, thể tích khí tăng gấp đơi * Nhận xét: Bài tốn tính entropy q trình hơ nóng đẳng áp  đẳng áp mấu chốt vấn đề nên ý vào * Giải: - Độ biến thiên entropy là: - Quá trình đẳng áp  - Thay vào lấy tích phân từ trạng thái ứng với T1 đến trạng thái ứng với T2 Δ 2 2 Chú ý nhiệt độ ta chả biết biết thay đổi thể tích  vấn đề q đơn cmn giản ý đến điều kiện đẳng áp → Như ta có: (H2 khí hai ngun nên i = 5) DNK - 2014 / 16 17 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com Bài 9.19: Tính độ tăng entropy biến đổi 1g nước 00C thành 100oC * Nhận xét: Để ý tốn gồm hai q trình q trình tăng nhiệt trình chuyển pha từ nước sang Mối q trình tính nhiệt lượng khác nên phải chia thành hai giai đoạn, sau tính biến thiên entropy giai đoạn Chú ý q trình hóa ta phải biết nhiệt ẩn nước Chếch bảng để biết Đáng đề nên cho nhớ giá trị * Giải: - Xét trình tăng nhiệt độ nước: • Độ biến thiên entropy là: →∆ Thay số vào ta có, ý nhiệt dung riêng nước c = 4180 J/kg.K 100 273 0.001 4180 1.3 / →∆ 273 - Xét trình chuyển pha: • Độ biến thiên entropy là: ý dùng nhiệt độ làm cận trạng thái đến trạng thái nhiệt độ khơng đổi, nên ta kí hiệu cận ứng với trạng thái trạng thái  ko phải số →∆ →∆ DNK - 2014 0.001 2.26 373 10 ∆ 6.1 / 17 18 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com - Độ biến thiên entropy trình là: ∆ ∆ ∆ / Bài 9.21: 10g ơxy hơ nóng từ t1=500C tới t2 = 1500C Tính độ biến thiên entropy trình hơ nóng là: a Đẳng tích; b đẳng áp * Nhận xét: Bài toán liên quan tới thay đổi entropy thay đổi nhiệt độ Điều kiện đẳng áp đẳng tích Cứ form chuẩn mà táng thơi * Giải: Trường hợp a: Đẳng tích • Biến thiên entropy là: →∆ • Thay số ta có: khí oxi khí hai nguyên nên bậc tự i = 10 150 273 8.314 1.75 / ∆ 32 50 273 Trường hợp b: Đẳng áp • Biến thiên entropy là: →∆ • Thay số ta có: khí oxi khí hai nguyên nên bậc tự i = 10 150 273 8.314 2.45 / ∆ 32 50 273 Bài 9.22: Tính độ biến thiên entropy biến đổi 6g khí hyđrơ từ thể tích 20lít, áp suất 1,5at đến thể tích 60lít, áp suất 1at DNK - 2014 18 19 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com p 1, S1 1.5 V = const p = const 2, S2 60 20 V * Nhận xét: Đề yêu cầu tính độ biến thiên entropy từ trạng thái đến trạng thái Vấn đề q chung chung khơng cho ta biết trình từ đến Nhưng may mà độ biến thiên entropy lại phụ thuộc vào điểm đầu điểm cuối nên ta hồn tồn chủ động chu trình thích hợp dễ tính Giả sử để từ đến ta cho khí biến đổi đẳng tích đến áp suất at sau cho khí giãn nở đẳng áp đến thể tích 60 lít  Chỉ cần tính độ biến thiên cho trình cộng lại xong * Giải: - Xét q trình đẳng tích: • Độ biến thiên entropy là: →∆ • Đề ko cho T + đẳng tích  biến áp suất: → →∆ - Xét q trình biến đổi đẳng áp: • Độ biến thiên entropy là: →∆ • Đề ko cho T nên đổi + đẳng áp  biến thể tích  tương tự ta có ∆ DNK - 2014 19 20 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com - Biến thiên entropy hai trình là: ∆ ∆ ∆ →∆ Thay số ta có: ∆ 8.314 1.5 60 20 70.62 / Bài 9.25: Độ biến thiên entrôpy đoạn hai trình đoạn nhiệt chu trình Carno 1kcal/độ Hiệu nhiệt độ hai đường đẳng nhiệt 100oC Hỏi nhiệt lượng chuyển hóa thành cơng chu trình * Nhận xét: Bài toán liên quan tới entropy mà toán ngược, tức cho biết entropy yêu cầu tính đại lượng khác, tính nhiệt lượng chuyển hóa thành cơng Để ý tốn liên quan tới chu trinh Carno cho biết chênh lệch nhiệt độ  liên quan tới hiệu suất Carno * Giải: - Bắt đầu với kiện độ biến thiên entropy đoạn hai trình đoạn nhiệt  đoạn đoạn đẳng nhiệt đoạn éo  ngon cho đội trym non roài ∆ Thực cần nhớ chu trình Carno thì:  độ biến thiên entropy chu trình Carno - Tiếp theo sử dụng kiện liên quan tới hiệu suất: → - Mấy bôi đỏ biết Thay vào tính A thơi: Bài 9.26: Bỏ 100g nước đá 0oC vào 400g nước 30oC bình có vỏ cách nhiệt lý tưởng Tính độ biến thiên entropy hệ q trình trao đổi nhiệt Từ suy nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh Cho biết nhiệt nóng chảy riêng nước đá 0oC 80kcal/kg; nhiệt dung riêng nước 1kcal/kgđộ DNK - 2014 20 21 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com * Nhận xét: Bài toán liên quan tới biến thiên entropy qua trình trao đổi nhiệt hai vật có nhiệt độ khác Vật nước đá trình trao đổi nhiệt nước đá chuyển thành pha lỏng, sau tăng nhiệt độ đến giá trị Trong vật nước truyền nhiệt cho nước đá giảm đến nhiệt độ Khi nhiệt độ hai bên trình trao đổi nhiệt chấm dứt * Giải: - Nhiệt lượng mà vật nhận phải nhiệt lượng mà vật trình trao đổi nhiệt diễn bình cách nhiệt nên ko thể có thất nhiệt ngồi, từ ta xác định nhiệt độ cân bằng: → - Thay số ta có: ý ko cần đổi đơn vị khối lượng, nhiệt dung riêng nhiệt nóng chảy tự triệt tiêu 400 30 273 100 273 80 100 281 100 400 - Giờ xét độ biến thiên entropy nước đá trước: • Giai đoạn nóng chảy:∆ • Giai đoạn tăng nhiệt độ: ∆ • Tổng hai giai đoạn là: ∆ ∆ - Xét độ biến thiên entropy 400g nước: - Độ biến thiên entropy tổng cộng là: ∆ ∆ - Thay số ta có: 281 281 80 0.1 0.1 0.4 0.002 / ∆ 273 30 273 273 Như sau trao đổi nhiệt entropy hệ tăng ∆  điều chứng tỏ nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh * Chứng minh nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh: Xét hệ gồm anh chị, anh chị bị lập truyền nhiệt cho Anh bị sốt rét chị bình thường kết hai phải tèn tén ten để trao DNK - 2014 21 22 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com đổi nhiệt cho Nếu xét trình truyền nhiệt hai anh chị tất nhiên ko tính nhiệt truyền ngồi mơi trường xung quanh độ biến thiên nhiệt lượng anh chị phải độ lớn tất nhiên khác dấu Cứ nhớ qui ước dấu nhiệt vào dương nhiệt âm Vậy ta có: ị Độ biến thiên entropy cặp đơi là: ị ị ị ị ị Vì dS > nên ị ị → → anh nhận nhiệt • Nếu ị • Nếu → → anh sinh nhiệt ị  nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh  hết cmn chuyện roài, sang tiếp Bài 9.28: Có hai bình khí, bình thứ tích V1=2 l chứa khí Nitơ áp suất p1=1 at, bình thứ hai tích V2=3 l chứa khí CO áp suất p2=5 at Cho hai bình thơng với đặt chúng vỏ cách nhiệt lý tưởng Tính độ biến thiên entropy hệ hai khí trộn lẫn vào nhau, biết nhiệt độ ban đầu hai bình 27oC * Nhận xét: Bài toán liên quan tới trình biến đổi entropy hai hỗn hợp trộn lẫn Giả sử khí ban đầu nhốt hai bình ngăn với vách ngăn Sau bỏ vách ngăn hai khí trộn lẫn với đạt tới trạng thái cân thể tích khí thể tích hai bình thơng hình vẽ Như ta biết thể tích cuối khí  thay đổi thể tích kéo theo thay đổi entropy  tính độ biến entropy khí cộng với ta độ biến thiên entropy hệ Chú ý trình trộn vào diễn điều kiện đẳng nhiệt nhiệt độ ban đầu hai khí < V1 DNK - 2014 V2 V1 + V2 22 23 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com * Giải: - Xét khí bình thứ nhất: • Độ biến thiên entropy là: →∆ • Đẳng nhiệt nên biến thiên nội khơng  • Như vậy, ta có: ∆ - Xét khí bình thứ hai: Lập luận tương tự ta có: ∆ - Độ biến thiên entropy hệ là: ∆ ∆ ∆ - Đến cơng việc cịn lại thay số bấm máy ra: ∆ / Bài 9.29: 200 g sắt 1000C bỏ vào nhiệt lượng kế chứa 300 g nước 12 C Entropy hệ thay đổi cân nhiệt? * Nhận xét: Bài toán liên quan tới thay đổi entropy hai chất có nhiệt độ khác trao đổi nhiệt với Thơng thường bước đầu tìm nhiệt độ trạng thái cân nhiệt  dễ ợt  sử dụng phương trình cân nhiệt Sau có nhiệt độ trạng thái cân việc tính nhiệt lượng thay đổi cho vật để đạt đến trạng thái cân đơn giản Chú ý phải check thêm thông số nhiệt dung riêng sắt (đáng đề phải cho, toàn chơi đánh đố nhau) Thi mà đề ko cho vỡ mặt, mà nhớ Giờ thời đại google nên bảng thông số ko thiết phải nhớ search giây Nói chung tơi phản đối kiểu đề mà ko cho giá trị số công thức qui đổi đơn vị  phản khoa học quá, nên nhớ sinh gấu, bố mẹ :v DNK - 2014 23 24 Trần Thiên Đức – ductt111.com – ductt111@gmail.com * Giải: - Từ phương trình cân nhiệt ta có: → - Thay số vào ta có: 0.2 460 100 0.2 273 460 0.3 4180 0.3 4180 12 273 291 - Độ biến thiên entropy miếng sắt là: →∆ - Độ biến thiên entropy nước là: →∆ - Độ biến thiên entropy hệ là: ∆ ∆ ∆ - Thay số ta có: ∆ / - Như thấy rõ vật giảm entropy kéo theo entropy hệ khác tăng tăng chí nhiều lượng entropy bị giảm Đây lý entropy vũ trụ ln ln tăng ko giảm :v Phù cuối xong cuối Kết thúc seri vê lờ DNK - 2014 24 ... →∆ DNK - 2 014 0.0 01 2.26 373 10 ∆ 6 .1 / 17 18 Trần Thiên Đức – ductt 111 .com – ductt 111 @gmail.com - Độ biến thiên entropy trình là: ∆ ∆ ∆ / Bài 9. 21: 10 g ơxy hơ nóng từ t1=500C tới t2 = 15 00C... biến đổi 6g khí hyđrơ từ thể tích 20lít, áp suất 1, 5at đến thể tích 60lít, áp suất 1at DNK - 2 014 18 19 Trần Thiên Đức – ductt 111 .com – ductt 111 @gmail.com p 1, S1 1. 5 V = const p = const 2, S2 60... lạnh * Giải: - Hệ số làm lạnh máy là: 10 273 9. 74 17 273 10 273 DNK - 2 014 Trần Thiên Đức – ductt 111 .com – ductt 111 @gmail.com - Công suất tiêu thụ cơng tiêu tốn 1s nguồn lạnh 1s là: - Nhiệt lượng