Bài 11 vật lý đại học các hạn chế của định luật i

Bài 11 Bài giảng lý thuyết VẬT LÝ ĐẠI HỌC Giảng viên: Đặng Thị Minh Huệ Các hạn chế định luật I Hạn chế1: Trong thực có vật nóng tự động truyền nhiệt cho vật lạnh mà khơng có chiều ngược lại cách tự nhiên Nhưng ĐL I k/đ hai chiều tương đương Hạn chế 2: Trong thực tế nhiệt nhận khơng thể chuyển hồn tồn thành cơng Trong ĐL I k/đ xảy điều Hạn chế 3: Đ/l I chưa đề cập đến vấn đề chất lượng nhiệt Thực tế nhiệt Q lấy nguồn có nhiệt độ khác có khả sinh cơng khác đ/L I cịn hạn chế nên phải x/h đ/L II NỘI DUNG CHÍNH (Chương 20: 20.1, 20.2, 20,5, 20.6) 11.1 Chiều diễn biến trình nhiệt động 11.2 Động nhiệt 11.3 Định luật thứ hai Nhiệt động học 11.4 Chu trình Các nô BT C20: 1, 4, 13, 14, 19, 37, 39, 40, 41, 45, 46 11.1 Chiều diễn biến trình nhiệt động (Mục 20.1) Quá trình cân  Trạng thái cân + ĐN: TT ko biến đổi theo t tính bất biến ko phụ thuộc vào QT bên + Đặc điểm: TTCB xác định số thông số nhiệt động Ví dụ: hệ khối khí TTCB xác định thông số p, V, T Chú ý: Một hệ lập ln tự chuyển tới TTCB  Q trình cân bằng: trình biến đổi trải qua chuỗi trạng thái cân +QTCB Là QT lý tưởng Trong thực có các QT gần cân VD: đ/v khí lý tưởng QT đẳng áp, đẳng tích, đẳng nhiệt QT coi cân 2 Quá trình thuận nghịch  ĐN: Một QTBĐTT hệ từ TT sang TT gọi thuận nghịch hệ tiến hành QTBĐ theo chiều ngược lại đường dẫn QT ngược hồn tồn trùng khít lên đường dẫn QT thuận  Vậy: + QT thuận nghịch QT cân Khi hệ ln trạng thái cân nhiệt động với mtxq + QT TN QT lý tưởng + QT không thuận nghịch (h.vẽ) : q trình khơng CB VD: Các QT có ma sát QT không cân (Khi sách trượt bàn, chuyển thành nhiệt thông qua ma sát QT đảo ngược, tồn QT sách lúc đầu nằm yên bàn, sau tự động chuyển động , đồng thời bàn sách lạnh đi) 3 Chiều trình nhiệt động tự nhiên  Các QTNĐ xảy tự nhiên QT không thuận nghịch  Trong QTKTN, hệ trao đổi NL với môi trường xung quanh  QT dãn nở tự chất khí QT chuyển Công thành Nhiệt thông qua ma sát QT không thuận nghịch Câu hỏi: QT dùng hai bàn tay chà sát lên chúng có nhiệt độ QTTN hay không thuận nghịch? 11.2 Động nhiệt ( Mục 20.2)  ĐN: thiết bị chuyển phần Q  W VD: Máy nước, loại động đốt trong…  Cấu tạo: ĐCN đơn giản gồm: chất cơng tác + nguồn nhiệt có nhiệt độ khác phận phát động (pitông, tua bin)  Chất công tác: lượng vật chất vận chuyển bên ĐC, làm nhiệm vụ Q  W Nó phải trải qua nhận toả nhiệt, dãn nén, chuyển pha VD: Chất công tác động đốt chất nhiên liệu lỏng ; máy nước nước  Khi ĐC hoạt động: chất công tác trao đổi nhiệt với hai vật có nhiệt độ khác gọi nguồn nóng nguồn lạnh  Nguyên tắc hoạt động ĐCN: Chất cơng tác hoạt động theo chu trình thuận nghịch, theo chiều kim đồng hồ luân chuyển hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khác nhau, gọi nguồn nóng TH nguồn lạnh TC + Khi t/xúc với nguồn nóng TH, chất cơng tác nhận nhiệt QH + Khi t/xúc với nguồn lạnh TC , chất công tác truyền cho nguồn lạnh nhiệt QC  Hiệu suất động nhiệt: QC QC W e 1  1  1 QH QH QH (20.4) W Q H  QC  QH  QC (20.2) (do QH > ; QC < Thi Nghiem cho thấy Q khác khơng.) VD tính hiệu suất ĐC nhiệt: BT (20.2 ; 20.39 ; 20.42) Một đ.cơ nhiệt có chất cơng tác 0,35 mol khí lý tưởng lưỡng nguyên tử Thực CTBĐ abca (h.vẽ) Nhiệt độ Ta = 300 K ; Tb = 600K ; Tc = 492K a) Tính thơng số trạng thái Còn lại trạng thái a; b; c b) Tính Q W QT c) Tính hiệu suất chu trình Lưu ý: + thiết bị nhận công để chuyển nhiệt lấy nguồn lạnh đến nguồn nóng gọi máy lạnh + Hệ số hiệu suất máy lạnh : K  QC W  QC QH  QC (Đọc mục 20.4) (20.9) 11.3 Định luật thứ hai Nhiệt động học - Mục 20.5  Nội dung ĐL II : Có hai cách PB tương đương sau: + Cách (Claudiut): Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng + Cách (Tomson): Khơng thể chế tạo máy nhiệt mà hoạt động cần tiếp xúc với nguồn không làm ảnh hưởng đến môi trường xung quanh  YN ĐL II: + Khắc phục hạn chế ĐL I QC QC W e 1  1  1 + K/đ hiệu suất động e < 1: Q QH QH H + K/đ đ/cơ nhiệt ko thể làm việc với nguồn nhiệt khơng bị hao phí lượng khơng ảnh hưởng đến mtxq 11.4 Chu trình Các – nơ (Mục 20.6) ĐVĐ: Hiệu suất động nhiệt nhỏ Vậy, hiệu suất ĐC đạt giá trị emax= ?  Chu trình Các nô Bao gồm QT đẳng nhiệt thuận nghịch xen kẽ hai QT đoạn nhiệt thuận nghịch QT – QT chất công tác dãn nở đẳng nhiệt nhiệt độ TH, nhận nhiệt QH QT – QT dãn nở đoạn nhiệt đến nhiệt độ chất công tác giảm xuống đến TC QT – QT chất công tác nén đẳng nhiệt nhiệt độ T C nhả nhiệt QC cho nguồn lạnh QT – QT chất công tác bị nén đoạn nhiệt để quay trở trạng thái ban đầu, hoàn thành chu trình biến đổi ( biểu diễn chu trình hệ 0PV - hình vẽ ) Hiệu suất động nô (là ĐC mà chất công tác hoạt động theo chu trình nơ)  Trước hết ta cần k/đ rằng: ĐC Các nô đ/cơ nhiệt nên hiệu suất e tuân theo CT (20.4): QC QC W e 1  1  1 QH QH QH  Nhưng đ/cơ nô: QH QC nhiệt QT đẳng nhiệt Với chất tác nhân khí lý tưởng thì: QC TC TH  TC (20.14) e 1  1   Carnot QH TH TH  KL: Hiệu suất đ/c Các – nô phụ thuộc vào nhiệt độ hai nguồn nhiệt, ko phụ thuộc cách chế tạo đ/cơ tính chất chất cơng tác  Chú ý: Khi tính e, đơn vị nhiệt độ phải Kenvin 3 Ý nghĩa Chu trình Carnot  Động Các - nơ có hiệu suất lớn tất động hoạt động hai nguồn có nhiệt độ xác định e < eCarnot  Máy lạnh Các – nơ có hệ số hiệu suất lớn tất loại máy lạnh hoạt động hai nguồn có nhiệt độ xác định TC (20.15) K < K Carnot  TH - TC  KL: Có thể phát biểu định luật hai nhiệt động học sau: “Tất động Carnot hoạt động hai nguồn nhiệt độ xác định có hiệu suất, e khơng phụ thuộc QC TC TH  TC tính chất chất công tác.” eCarnot 1  QH 1  TH  TH Các nhận xét rút định luật thứ hai QC TC W Từ biểu thức: e   eCarnot 1  1  QH QH TH  Muốn tăng hiệu suất động cơ: Tăng TH ; giảm TC  Nhiệt nhận biến hồn tồn thành cơng: TC W e  eCarnot 1  QH TH W Vì TC khơng thể  K, TH  ∞, e TH2 TC/TH1 < TC/TH2 eCarnot1 > eCarnot2 Vậy: Nhiệt lượng nhận từ nguồn nóng có nhiệt độ cao hiệu suất lớn Tức ĐL II giải vấn đề chất lượng nhiệt  ... đ/L I hạn chế nên ph? ?i x/h đ/L II N? ?I DUNG CHÍNH (Chương 20: 20.1, 20.2, 20,5, 20.6) 11. 1 Chiều diễn biến trình nhiệt động 11. 2 Động nhiệt 11. 3 Định luật thứ hai Nhiệt động học 11. 4 Chu trình Các. . .Các hạn chế định luật I Hạn chế1 : Trong thực có vật nóng tự động truyền nhiệt cho vật lạnh mà khơng có chiều ngược l? ?i cách tự nhiên Nhưng ĐL I k/đ hai chiều tương đương Hạn chế 2: Trong... 20.4) (20.9) 11. 3 Định luật thứ hai Nhiệt động học - Mục 20.5  N? ?i dung ĐL II : Có hai cách PB tương đương sau: + Cách (Claudiut): Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng + Cách (Tomson):