Hệ nhiệt động hay hệ thống nhiệt động còn được gọi tắt là “HỆ” là đối tượng nghiên cứu của nhiệt động lực học hay còn được gọi tắt là nhiệt động học. Bài này giới thiệu những khái niệm cơ bản về hệ nhiệt động giúp ta hiểu và có cơ sở bản chất ban đầu để nghiên cứu các hiện tượng nhiệt, quy luật chuyển hóa, biến đổi năng lượng nhiệt khi hệ thực hiện một quá trình nhiệt động xác định. Nghiên cứu những khái niệm cơ bản về nhiệt động học là người học được trang bị những kiến thức ban đầu về khoa học nhiệt động. Những khái niệm được giới thiệu trong bài sẽ là những công cụ cơ bản giúp ta tiếp tục nghiên cứu bản chất của các hiện tượng, quá trình nhiệt xảy ra trong kỹ thuật và đời sống.
MỞ ĐẦU Hệ nhiệt động hay hệ thống nhiệt động gọi tắt “HỆ” đối tượng nghiên cứu nhiệt động lực học hay gọi tắt nhiệt động học Bài giới thiệu khái niệm hệ nhiệt động giúp ta hiểu có sở chất ban đầu để nghiên cứu tượng nhiệt, quy luật chuyển hóa, biến đổi lượng nhiệt hệ thực trình nhiệt động xác định Nghiên cứu khái niệm nhiệt động học người học trang bị kiến thức ban đầu khoa học nhiệt động Những khái niệm giới thiệu công cụ giúp ta tiếp tục nghiên cứu chất tượng, trình nhiệt xảy kỹ thuật đời sống Phần I HỆ NHIỆT ĐỘNG I KHÁI NIỆM HỆ NHIỆT ĐỘNG A ĐỊNH NGHĨA Hệ nhiệt động (hệ thống nhiệt động) tập hợp phần tử tách riêng để nghiên cứu tượng nhiệt - Các phần tử hệ nhiệt động có thuộc tính xác định (vật chất, lượng, khơng gian thời gian) - Hệ nhiệt động ln có mơi trường bao quanh ngăn cách với môi trường mặt bao (ranh giới) Mặt bao có tính chất lý tưởng xác định (mặt thật mặt giả định) Hệ môi trường trao đổi vật chất lượng với thơng qua mặt bao - Các tính chất nhiệt động mơi trường lý tưởng hóa giả thiết không đổi B PHÂN LOẠI Theo trao đổi vật chất hệ môi trường + Hệ kín: Hệ khơng trao đổi vật chất với mơi trường + Hệ hở: Hệ có trao đổi vật chất với môi trường Theo trao đổi lượng với môi trường + Hệ đoạn nhiệt: Hệ không trao đổi nhiệt với môi trường + Hệ đoạn công (đoạn cơ): Hệ không trao đổi (công) với môi trường * Hệ cô lập hệ kín khơng trao đổi dạng lượng với môi trường Theo trạng thái tồn vật chất hệ (pha vật chất) + Hệ đồng thể (đồng pha): Các phần tử hệ dạng thể vật chất + Hệ dị thể (dị pha): Các phần tử hệ tồn nhiều dạng thể vật chất khác C Ý NGHĨA CỦA KHÁI NIỆM HỆ NHIỆT ĐỘNG - Hệ nhiệt động đối tượng nghiên cứu kỹ thuật nhiệt - Hệ nhiệt thực tế phức tạp Sử dụng khái niệm hệ nhiệt động cho phép lý tưởng hóa hệ thực thành hệ đơn giản để giải vấn đề - Khái niệm “Hệ nhiệt động” cho phép Nhiệt động học nghiên cứu tượng trình nhiệt đối tượng tảng bảo toàn lượng theo quan niệm nhiệt động - Thường gặp hệ nhiệt động mơi chất, nguồn nóng, nguồn lạnh tổ hợp mơi chất nguồn nóng nguồn lạnh; máy nhiệt động đốt trong, động phản lực, súng pháo v.v hệ nhiệt động thực tế II MÔI CHẤT A ĐỊNH NGHĨA Môi chất chất môi giới để biến đổi (và) truyền tải lượng Môi chất đơn chất hỗn hợp Hệ đơn chất thường khó có đủ tính chất nhiệt động thỏa mãn yêu cầu thiết bị nhiệt nên thực tế người ta thường dùng môi chất hỗn hợp đơn chất khác với tỷ lệ xác định để thỏa mãn tính chất cần thiết cho thiết bị nhiệt B MÔI CHẤT LÝ TƯỞNG Mơi chất thực có tính chất nhiệt động phức tạp chịu nhiều tương tác nhiệt hệ mơi trường Việc tính tốn trở lên phức tạp, nghiên cứu lý thuyết người ta lý tưởng hóa mơi chất thực thành mơi chất lý tưởng có tính chất lý tưởng xác định Mơi chất lý tưởng pha khí, pha lỏng, pha rắn hỗn hợp pha Mơi chất lý tưởng điển hình khí lý tưởng Khí lý tưởng khí giả thiết bỏ qua ảnh hưởng thể tích thân phân tử chiếm chỗ toàn thể tích khí bỏ qua ảnh hưởng lực tương tác chúng C Ý NGHĨA KHÍ LÝ TƯỞNG Trong thực tế khơng có khí hồn tồn lý tưởng mà có khí thực Tuy nhiên điều kiện thơng thường với số chất khí giả thiết khí lý tưởng Sử dụng chất khí lý tưởng nhận giá trị giới hạn cần thiết làm sở so sánh hiệu môi chất thực điều kiện làm việc khác III NGUỒN NHIỆT VÀ NGUỒN CÔNG - Nguồn nhiệt nơi mà hệ nhiệt động trao đổi nhiệt với chúng Nguồn nhiệt có: + Nguồn nóng nguồn có nhiệt độ cao + Nguồn lạnh nguồn có nhiệt độ thấp Trong kỹ thuật nhiệt người ta giả thiết nhiệt dung nguồn nhiệt vơ lớn nên coi nhiệt độ nguồn không thay đổi q trình trao đổi nhiệt - Nguồn cơng nơi mà hệ trao đổi công với chúng Phần II TRẠNG THÁI NHIỆT ĐỘNG VÀ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI VÀ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI A TRẠNG THÁI NHIỆT ĐỘNG Định nghĩa trạng thái nhiệt động Trạng thái nhiệt động trạng thái tồn dạng vĩ mô hệ nhiệt động với tính chất nhiệt động xác định Ở thời điểm xác định hệ có thuộc tính không gian, vật chất lượng xác định, hệ trạng thái nhiệt động xác định Phân loại trạng thái nhiệt động - Trạng thái cân trạng thái mà thơng số nhiệt động hệ không thay đổi theo thời gian hệ khơng tương tác với mơi trường Khi hệ khơng tồn biến đổi vĩ mơ hệ thống (khơng có truyền nhiệt khuếch tán, khơng có phản ứng hóa học, ), tồn chuyển động phần tử vi mô Ở trạng thái cân giá trị thông số trạng thái nơi hệ đặc trưng cho thơng số trạng thái hệ - Trạng thái không cân bằng: Trong thực tế không tồn trạng thái cân tuyệt đối mà trạng thái không cân Nhiệt động kỹ thuật nghiên cứu trạng thái cân để làm sở cho việc nghiên cứu trạng thái thực tế hệ thống nhiệt động Trạng thái cân khái niệm lý tưởng B THƠNG SỐ TRẠNG THÁI Định nghĩa thơng số trạng thái Thông số trạng thái đại lượng vật lí hệ trạng thái cân định Thông số trạng thái đại lượng vĩ mơ đặc trưng cho tính chất nhiệt động hệ thống (đặc trưng cho toàn hệ thống) trạng thái xác định Phân loại thông số trạng thái a) Theo khả đo - Thông số trạng thái thơng số đo trực tiếp dụng cụ đo Ví dụ nhiệt độ tuyệt đối (T), áp suất tuyệt đối (p), thể tích riêng (v) - Hàm trạng thái thông số không đo trực tiếp mà phải xác định thơng qua thơng số trạng thái Ví dụ nội (u), entanpi (i), entropi (s), execgy (e) b) Theo phụ thuộc vào lượng vật chất: - Thông số mức thông số không phục thuộc vào lượng vật chất hệ Ví dụ nhiệt độ (T), áp suất (p) - Thông số mở rộng thông số phụ thuộc vào lượng vật chất hệ Ví dụ thể tích (V), nội (U), entalpy (I), entropi (S) II CÁC THƠNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA HỆ KHÍ LÝ TƯỞNG A NHIỆT ĐỘ TUYỆT ĐỐI Định nghĩa Nhiệt độ đại lượng biểu thị mức độ nóng lạnh vật Thang nhiệt độ - Nhiệt độ đo nhiều thang nhiệt độ khác thang nhiệt độ Kenvin, kí hiệu T (K) cịn gọi thang nhiệt độ tuyệt đối; thang nhiệt độ Celcius, kí hiệu t (oC) cịn gọi thang nhiệt độ bách phân; thang nhiệt độ Fahrenheit tF (oF) thang nhiệt độ Rankin TR (oR) - Thang nhiệt độ động học thang nhiệt độ tuyệt đối Theo thuyết động học phân tử giá trị nhiệt độ tuyệt đối xác định theo biểu thức: T m02 3K 23 Ở đây: K 1,3804.10 (J/K) số Boltzmann; m0 khối lượng phân tử; tốc độ chuyển động tịnh tiến trung bình phân tử - Giữa thang nhiệt độ có quan hệ với nhau: 5 t T 273,15 (t F 32) TR 273,15 9 o t 30 C ứng với T 303 K, t F 86 oF TR 544,7 oR Ví dụ: Chú ý: Khi đo nhiệt độ dùng thang nhiệt độ khác có nhiệt độ tuyệt đối thơng số trạng thái B ÁP SUẤT TUYỆT ĐỐI Định nghĩa - Theo quan điểm học: Áp suất lực tác dụng theo phương vng góc lên đơn vị diện tích bề mặt P p ; N/m2 F Ở đây: P lực tác dụng vng góc lên bề mặt có diện tích F - Theo thuyết động học phân tử: Áp suất tuyệt đối áp lực va đập phân tử chuyển động hỗn loạn với bề mặt kiểm tra p n 0m02 ; Pa Ở đây: n0 số phân tử vật chất chứa đơn vị thể tích, m0 khối lượng phân tử, tốc độ chuyển động tịnh tiến trung bình phân tử Các loại áp suất tương đối - Áp suất dư (pd) phần áp suất lớn áp suất khí (pkq) - Áp suất chân khơng (pck) phần áp suất nhỏ áp suất khí quyển, cịn gọi độ chân không Giữa áp suất tuyệt đối loại áp suất tương đối có quan hệ: p pkq pd p pkq pck p pd p > pmt pmt p < pmt p pmt pck p Chú ý: Áp suất khí áp suất tuyệt đối Chỉ có áp suất tuyệt đối thông số trạng thái hệ Các đơn vị đo áp suất: Trong trình phát triển kỹ thuật nhiệt, áp suất đo đơn vị khác nhau: atmotphe vật lí (atm), atmotphe kỹ thuật (at), bar, milimet thủy ngân (mmHg), milimet cột nước (mH2O), pascal bội số decapascal (DPa) megapascal (MPa) Giữa đơn vị đo có mối quan hệ bảng sau: Quan hệ loại áp suất Đơn vị Pa bar KG/cm2 Pa = N/m2 105 1,02.105 0,987.105 7,5.103 0,102.103 bar 105 1,02 0,987 750 10,2 at = KG/cm2 9,81.104 0,981 0,968 735,6 10 atm 1,013.105 1,013 1,0332 760 10,3 mmHg 133,32 13,6.103 at vật lí 1,333.103 1,359.103 1,31.103 torr mH2O Chú ý: Trong bảng giá trị áp suất qui đổi với đơn vị mmHg C, đo áp suất chiều cao cột thủy ngân (ht) nhiệt độ (t) cần qui chiều cao (h0) 0oC theo công thức: h h t (1 0,000172.t) o C THỂ TÍCH RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG Thể tích riêng thể tích đơn vị khối lượng hệ V v ; m3/kg m Khối lượng riêng khối lượng đơn vị thể tích hệ m ; kg/m3 V v Khối lượng riêng đại lượng nghịch đảo thể tích riêng D NỘI NĂNG Định nghĩa Nội năng lượng bên hệ, u (J/kg) Nội bao gồm nội động (uđ) lượng chuyển động phân tử nội (ut) lượng lực tương tác phân tử u u® ut Tính chất - Nội phụ thuộc nội động nội Nội động phụ thuộc chuyển động phân tử, tức phụ thuộc nhiệt độ T Nội phụ thuộc lực tương tác phân tử, tức phụ thuộc khoảng cách phân tử hay phụ thuộc thể tích riêng v Vậy nội hàm trạng thái u u(T,v) Nội khí lý tưởng phụ thuộc vào nhiệt độ khí lý tưởng bỏ qua thể tích thân phân tử, bỏ qua nội năng, nội khí lý tưởng nội động - Biến thiên nội trình nhiệt động phụ thuộc trạng thái đầu trạng thái cuối không phụ thuộc tính chất q trình u u2 u1 du Với chu trình kín: du - Nội phụ thuộc vào lượng vật chất chứa hệ Vậy Nội thông số trạng thái mở rộng Nội hệ chứa m kg U (J) U mu Lượng biến đổi nội - Mỗi trạng thái có giá trị nội Trong tính tốn kỹ thuật khơng địi hỏi xác định giá trị tuyệt đối nội mà phải xác định lượng biến thiên nội trình Trong kỹ thuật thường chọn t oC hệ có u - Biến thiên nội khí lý tưởng: du CvdT Cvdt u u2 u1 Cv (T2 T1 ) Cv (t2 t1 ) ; J/kg U mCv (T2 T1 ) mCv (t2 t1 ) ; J E ENTANPI Định nghĩa Entanpi tổng nội áp suất, i (J/kg) i u pv Tính chất - Entanpi phụ thuộc nội năng, tức phụ thuộc nhiệt độ T phụ thuộc thể tích riêng v Entanpi phụ thuộc vào áp suất, tức phụ thuộc vào áp suất Vậy entanpi hàm trạng thái i i(T,p,v) - Biến thiên entanpi trình phụ thuộc vào trạng thái đầu trạng thái cuối, không phụ thuộc tính chất q trình i i2 i1 di Với chu trình kín: di - Entanpi phụ thuộc vào lượng vật chất chứa hệ Vậy entanpi thông số trạng thái mở rộng Entanpi hệ chứa m kg I (J) I mi Lượng biến đổi entanpi - Mỗi trạng thái có giá trị entanpi Trong tính tốn kỹ thuật khơng địi hỏi xác định giá trị tuyệt đối entanpi mà phải xác định lượng biến thiên entanpi trình Trong kỹ thuật thường chọn t oC hệ có i - Biến thiên entanpi khí lý tưởng: di CpdT Cp dt i i2 i1 Cp (T2 T1 ) Cp (t2 t1 ) ; J/kg I mCp (T2 T1 ) mCp (t2 t1 ) ; J F ENTROPI Định nghĩa Entropi thông số có vi phân ds dq ; J/(kg.K) T Tính chất - Entropi phụ thuộc nhiệt độ Như vậy, entropi hàm trạng thái - Biến thiên phụ thuộc trạng thái đầu trạng thái cuối, khơng phụ thuộc tính chất q trình Biến thiên entropi theo chu trình kín khơng s s2 s1 ds Với chu trình kín: ds - Entropi phụ thuộc vào lượng vật chất chứa hệ Vậy entropi thông số trạng thái mở rộng Entropi hệ chứa m kg S (J) S ms Lượng biến đổi entropi Mỗi trạng thái có giá trị entropi đặc trưng Trong kỹ thuật phải xác định lượng biến thiên entropi trình, thường chọn T K hệ có s dq ds T 2 dq ; J/(kg.K) s s2 s1 ds T 1 dq ; J/K T S ms m Phần III PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA MƠI CHẤT I KHÁI NIỆM CHUNG Định nghĩa: Phương trình trạng thái phương trình liên hệ thơng số trạng thái trạng thái xác định hệ nhiệt động Phương trình trạng thái xác định lý thuyết thực nghiệm Cho đến có phương trình trạng thái khí lý tưởng xác định lý thuyết theo thuyết động học phân tử Kết lý thuyết phù hợp với định luật thực nghiệm Boyle-Mariotte (trong điều kiện đẳng nhiệt) Gay-Lussac (trong điều kiệm đẳng tích) II PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ KHÍ LÝ TƯỞNG - Phương trình trạng thái cho kg khí lý tưởng: pv RT p RT hay (1) Ở đây: p, v, T áp suất, thể tích riêng, khối lượng riêng nhiệt độ tuyệt đối; R số chất khí, phụ thuộc vào chất chất khí - Phương trình trạng thái cho m kg khí lý tưởng: Nhân hai phương trình (1) với khối lượng m, nhận được: pV mRT (2) - Phương trình cho kmol khí lý tưởng: Nhân hai vế phương trình (1) với khối lượng kmol khí lý tưởng, ta nhận được: pv RT Đặt R R gọi số chất khí phổ biến Mặt khác v v thể tích kmol khí Vậy: ta nhận được: pv RT (3) Suy số chất khí phổ biến: pv R T Theo định luật Avogađro, thể tích kmol khí lý tưởng điều kiện tiêu chuẩn 0oC 760 mmHg v 22,4 m3/kmol, nhận số chất khí phổ biến R 8314 J/(kmol.K) - Phương trình trạng thái cho M kmol khí lý tưởng Nhân hai phương trình (3) với số kmol M, ta nhận được: Mpv MRT pV MRT (4) Hằng số chất khí R xác định sau: So sánh (2) với (4), nhận được: mR MR R R R 8314 J/(kg.K) m M III PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA HỆ KHÍ THỰC A PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI TỔNG QUÁT pv Z RT Ở đây: Z gọi độ nén (hay hệ số nén) Khí thực có lực tương tác thể tích thân phân tử nên phương trình trạng thái sai khác với phương trình trạng thái khí lý tưởng Phương trình trạng thái khí lý tưởng tương ứng với trường hợp Z , Z phương trình trạng thái khí thực Với khí thực, độ nén Z phụ thuộc vào chất trạng thái mơi chất, có giá trị xác định thực nghiệm B MỘT SỐ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI KHÍ THỰC ĐIỂN HÌNH Cho đến có hàng trăm phương trình chưa có phương trình trạng thái túy lí thuyết dùng hồn tồn xác cho khí thực Thường dựa phương trình trạng thái khí lý tưởng, đưa thêm vào hệ số hiệu chỉnh xác định thực nghiệm Phương trình Van Der Waals p a v b RT v2 Ở đây: a, b hệ số xác định thực nghiệm trạng thái tới hạn RT 27 R 2TK ; b K, a 64 pK pK Trong đó: TK pK nhiệt độ áp suất mơi chất trạng thái tới hạn Phương trình Beattie - Bridgman b c a pv RT v B0 1 1 A0 1 v vT V Ở đây: a, b, c, A0 B0 hệ số xác định thực nghiệm Phương trình virian D Mayer - N Gogolioubov n k k pv RT1 k 1 k vk Ở đây: k hệ số virian phụ thuộc vào nhiệt độ, xác định thực nghiệm Cho đến phương trình coi có độ xác Phần IV QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG VÀ NHIỆT DUNG RIÊNG I QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG A ĐỊNH NGHĨA Hệ biến đổi liên tiếp từ trạng thái ban đầu tới trạng thái cuối theo đặc tính nhiệt động tạo q trình nhiệt động B PHÂN LOẠI Theo tính cân trạng thái nhiệt động - Quá trình cân trình hệ nhiệt động biến đổi qua tất trạng thái cân - Q trình khơng cân trình hệ nhiệt động biến đổi mà có trạng thái khơng cân Thực tế hệ từ trạng thái sang trạng thái khác tính cân trạng thái bị sai lệch trình nhiệt động thực tế qua trạng thái không cân trình thực tế q trình khơng cân * Ý nghĩa trình cân bằng: Giả thiết trình chuyển trạng thái xảy vơ chậm chạp thời điểm lại thiết lập trạng thái cân Như vậy, trình cân tập hợp trạng thái cân Chỉ có trạng thái cân biểu diễn đồ thị, có q trình cân biểu diễn đồ thị Theo tính thuận nghịch trình nhiệt động - Quá trình thuận nghịch trình cân mà thực trình theo chiều ngược hệ qua tất trạng thái trình thuận theo thứ tự ngược lại mà không làm thay đổi trạng thái hệ mơi trường - Q trình khơng thuận nghịch q trình khơng thỏa mãn điều kiện trình thuận nghịch * Ý nghĩa trình thuận nghịch: Quá trình thuận nghịch trình lý tưởng xảy vô chậm chạp, công sinh trình thuận nghịch cực đại Quá trình thực tế q trình khơng thuận nghịch, q trình khơng thuận nghịch phải tiêu tốn cơng để khắc phục ma sát, xốy truyền nhiệt, cơng sinh q trình khơng thuận nghịch nhỏ cơng sinh q trình thuận nghịch tương ứng Phần cơng tiêu tốn để khắc phục ma sát, xoáy truyền nhiệt biến thành nhiệt nung nóng hệ, xem q trình khơng thuận nghịch q trình thuận nghịch có thêm nhiệt truyền từ mơi trường vào hệ để nung nóng hệ II NHIỆT DUNG RIÊNG A ĐỊNH NGHĨA Nhiệt dung riêng lượng nhiệt tính đơn vị vật chất hệ nhiệt động trao đổi với môi trường để hệ thay đổi độ 10 B PHÂN LOẠI Theo nhiệt độ - Nhiệt dung riêng thực nhiệt dung riêng giá trị nhiệt độ dq C dt - Nhiệt dung riêng trung bình giá trị nhiệt dung riêng khoảng nhiệt độ T C1 q q Cdt t2 t1 t t T1 q q2 q1 1 2 t1 t2 t Biểu diễn NDR thực NDR trung bình Nhiệt dung riêng thực giới hạn nhiệt dung riêng trung bình Theo đơn vị đo vật chất - Nhiệt dung riêng khối lượng nhiệt dung riêng kg vật chất, kí hiệu C, có đơn vị J/(kg.K) - Nhiệt dung riêng thể tích nhiệt dung riêng m 3tc vật chất, kí hiệu C , có đơn vị J (m3tc K) - Nhiệt dung riêng kilomol nhiệt dung riêng kmol vật chất, kí hiệu C, có đơn vị J/(kmol.K) Với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng khối lượng, nhiệt dung riêng thể tích nhiệt dung riêng kilomol có mối quan hệ: C C C C C v 22,4 Ở đây: khối lượng tính kg kmol chất khí, 22,4 thể tích tính m3 kmol chất khí điều kiện tiêu chuẩn Theo đặc tính q trình - Nhiệt dung riêng đẳng tích nhiệt dung riêng theo q trình đẳng tích (v = const), Cv ,Cv ,Cv 11 - Nhiệt dung riêng đẳng áp nhiệt dung riêng theo trình đẳng áp (p = const), Cp ,Cp ,Cp Với khí lý tưởng, nhiệt dung riêng đẳng tích nhiệt dung riêng đẳng áp có mối quan hệ: Cp k Cp Cv R Cv Ở đây: k số mũ đoạn nhiệt, với khí lý tưởng k số phụ thuộc số nguyên tử tạo thành phân tử, khí thực k phụ thuộc nhiệt độ; R số chất khí Từ k R nhận được: R kR Cv Cp k 1 k 1 C TÍNH CHẤT Nhiệt dung riêng khí lý tưởng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào chất mơi chất Nhiệt dung riêng khí lí thưởng Cp Cv [kJ/(kmol.K)] [kJ/(kmol.K)] Loại khí k Khí nguyên tử (He, ) 1,67 20,9 12,6 Khí hai ngun tử (O2, N2, khơng khí, ) 1,4 29,3 20,9 Khí ba nguyên tử trở lên (CO2, H2O, ) 1,3 37,7 29,3 Nhiệt dung riêng khí thực phụ thuộc nhiệt độ, phụ thuộc áp suất - Nhiệt dung riêng thực khí thực thường biểu diễn hàm số sau: C a0 a1t a2 t2 an tn Ở đây: a0, a1, a2, , an hệ số xác định thực nghiệm; n số mũ tự chọn, n lớn nhiệt dung riêng xác định xác Khi n = 0, ta có nhiệt dung riêng khí lý tưởng khơng phụ thuộc vào nhiệt độ Khi n = 1, ta có nhiệt dung riêng khí thực phụ thuộc vào nhiệt độ theo quan hệ bậc C a0 a1t - Nhiệt dung riêng trung bình khí thực phụ thuộc vào nhiệt độ + Trường hợp 1: Khi biết nhiệt dung riêng thực có dạng C a bt t2 Ta có: t2 t2 q Cdt (a bt)dt adt btdt t1 12 t2 t1 t1 t1 b t b b t q at t12 t2 t12 a(t2 t1 ) (t22 t12 ) (t2 t1 ) a (t2 t1 ) 2 q t t t a b C t12 t2 t1 + Trường hợp 2: Khi biết nhiệt dung riêng thực trung bình từ 0oC đến giá trị nhiệt độ q q12 q02 q01 Ta viết: Trong đó: + q12 nhiệt lượng trình từ trạng thái có nhiệt độ t1 đến trạng thái có nhiệt độ t2; + q01 nhiệt lượng q trình từ trạng thái có nhiệt độ t oC đến trạng thái có nhiệt độ t1; + q02 nhiệt lượng trình từ trạng thái có nhiệt độ t oC đến trạng thái có nhiệt độ t2 t t q01 C 01 (t1 0) C 01 t1 Ta có: t t q02 C 02 (t2 0) C 02 t2 t t q C 02 t2 C 01 t1 Nếu cho nhiệt dung riêng trung bình khí thực phụ thuộc vào nhiệt độ khoảng từ 0oC đến 1500oC có dạng Ctb a bt , ta có: q (a bt2 )t2 (a bt1 )t1 a(t2 t1 ) b(t22 t12 ) t C t12 a b(t1 t2 ) Nếu cho nhiệt dung riêng trung bình khí thực phụ thuộc vào nhiệt độ khoảng từ oC đến nhiệt độ t dạng tra bảng, ta có: t t C 02 t2 C 01 t1 t2 C t1 t2 t1 Nhiệt dung riêng phụ thuộc tính chất vật chất tính chất q trình nhiệt động Q trình đẳng áp có nhiệt dung riêng đẳng áp Cp, q trình đẳng tích có nhiệt dung riêng đẳng tích Cv KẾT LUẬN Hệ nhiệt động đối tượng nghiên cứu kỹ thuật nhiệt Nghiên cứu hệ nhiệt động nghiên cứu cấu trúc, thuộc tính trình biến đổi trạng thái, lượng hệ Trong giới hạn nghiên cứu kỹ thuật nhiệt, hệ nhiệt động xem xét hệ lý tưởng mà điển hình hệ khí lý tưởng với thuộc tính lý tưởng Các khái niệm lý tưởng có ý nghĩa sở, để khảo sát tính khơng thuận nghịch tượng trình nhiệt động xảy thực tế 13 HƯỚNG DẪN NGHIÊN CỨU Khái niệm hệ nhiệt động Trạng thái thông số trạng thái Phương trình trạng thái Quá trình nhiệt động nhiệt dung riêng Ngày 30 tháng năm 2021 NGƯỜI BIÊN SOẠN GIÁO VIÊN Đại tá, TS, Nguyễn Trung Định 14 ...C Ý NGHĨA CỦA KHÁI NIỆM HỆ NHIỆT ĐỘNG - Hệ nhiệt động đối tượng nghiên cứu kỹ thuật nhiệt - Hệ nhiệt thực tế phức tạp Sử dụng khái niệm hệ nhiệt động cho phép lý tưởng hóa hệ... giản để giải vấn đề - Khái niệm “Hệ nhiệt động? ?? cho phép Nhiệt động học nghiên cứu tượng trình nhiệt đối tượng tảng bảo toàn lượng theo quan niệm nhiệt động - Thường gặp hệ nhiệt động mơi chất, nguồn... I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI VÀ THÔNG SỐ TRẠNG THÁI A TRẠNG THÁI NHIỆT ĐỘNG Định nghĩa trạng thái nhiệt động Trạng thái nhiệt động trạng thái tồn dạng vĩ mô hệ nhiệt động với tính chất nhiệt