KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.3. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHÂT CÔNG TÁC Môi chất công tác (MCCT) được sử dụng trong thiết bị nhiệt là chất có vai trò
trung gian trong quá trình biến đổi giữa nhiệt năng và cơ năng.
Thông số trạng thái của MCCT là các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt động của MCCT.
Trạng thái cân bằng nhiệt động là trạng thái trong đó các thông số trạng thái của HNĐ có giá trị như nhau trong toàn bộ HNĐ và không đổi theo thời gian nếu như không có tác động (nhiệt hoặc công) từ môi trường xung quanh. Ngược lại, trạng thái khi các thông số trạng thái có giá trị khác nhau trong HNĐ được gọi là trạng thái không cân bằng.
Trạng thái của MCCT được biểu diễn bằng một điểm trên hệ trục tọa độ trạng thái gồm các trục là các thông số trạng thái độc lập bất kỳ. Trạng thái cân bằng của HNĐ đơn chất, một pha được xác định khi biết hai thông số trạng thái độc lập bất kỳ.
1.3.1. NHIỆT ĐỘ
• Khái niệm
Nhiệt độ (T) - số đo trạng thái nhiệt của vật. Theo thuyết động học phân tử, nhiệt độ là số đo động năng trung bình của các phân tử .
2
3 .
mà ⋅ω k T
= (1.3-1)
trong đú : mà - khối lượng phõn tử ; ω - vận tốc trung bỡnh của cỏc phõn tử ; k - hằng số Bonzman , k = 1,3805 . 105 J/deg ; T - nhiệt độ tuyệt đối..
• Nhiệt kế
Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi một số tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ, ví dụ : chiều dài, thể tích, màu sắc, điện trở , v.v.
H. 1.3-1. Nhiệt kế
• Thang nhiệt độ
1) Thang nhiệt độ (0C) - (Anders Celsius - 1701-1744)
2) Thang nhiệt độ Fahrenheit (0F) - (Daniel Fahrenheit - 1686-1736) . 3) Thang nhiệt độ Kelvin (K) - (Kelvin - 1824-1907 ).
4) Thang nhiệt độ Rankine (0R)
) 32 9 (
5 0
0C = F − ; 0C = K − 273 5 32
9 0
0F = ⋅ C + ; K =0 C + 273 K
R 5
0 = 9 ; K R
0
9
= 5
0 R = 0 F + 459,67 1.3.2. ÁP SUẤT
• Khái niệm
Áp suất của lưu chất (p) - lực tác dụng của các phân tử theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành chứa.
A p = F
Theo thuyết động học phân tử :
2
3 p n mà ω
α ⋅
= ⋅ ⋅ (1.3-2)
trong đó : p - áp suất ; F - lực tác dụng của các phân tử ; A - diện tích thành bình chứa
; n - số phân tử trong một đơn vị thể tích ; α - hệ số phụ thuộc vào kích thước và lực tương tác của các phân tử.
• Đơn vị áp suất
1) N/m2 ; 5) mm Hg (tor - Torricelli, 1068-1647)
2) Pa (Pascal) ; 6) mm H2O
3) at (Technical Atmosphere) ; 7) psi (Pound per Square Inch) 4) atm (Physical Atmosphere) ; 8) psf (Pound per Square Foot)
at Pa mm H2O mm Hg (at 0 0C)
1 at 1 9,80665.10 4 1.10 4 735,559
1 Pa 1,01972.10 -5 1 0,101972 7,50062.10 -3
1 mm H2O 1.10 -4 9,80665 1 73,5559.10 -3
1 mm Hg 1,35951.10 -3 133,322 13,5951 1
1 atm = 760 mm Hg (at 0 0C) = 10,13 . 10 4 Pa = 2116 psf (lbf/ft2) 1 at = 2049 psf
1 psi (lbf/in2) = 144 psf = 6894,8 Pa 1lbf/ft2 (psf) = 47,88 Pa
• Phân loại áp suất
1) Áp suất khí quyển (p0) - áp suất của không khí tác dụng lên bề mặt các vật trên trái đất.
2) Áp suất dư (pd) - áp suất của lưu chất so với môi trường xung quanh p d = p - p 0
3) Áp suất tuyệt đối (p) - áp suất của lưu chất so với chân không tuyệt đối.
p = p d + p 0
4) Độ chân không (pck) - phần áp suất nhỏ hơn áp suất khí quyển.
pck = p0 - p
p
p0
pd
p
p0
pck
H. 1.3-2. Các loại áp suất
• Áp kế
p
pd
p0 p0
Hg Vacuum
a) b)
H. 1.3-3. Dụng cụ đo áp suất a) Barometer , b) Áp kế
Ghi chú : Khi đo áp suất bằng áp kế thủy ngân, chiều cao cột thủy ngân cần được hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 0C.
h0 = h (1 - 0,000172. t) (1.3-3)
trong đó : t - nhiệt độ cột thủy ngân, [0C] ; h0 - chiều cao cột thủy ngân hiệu chỉnh về nhiệt độ 0 0C ; h - chiều cao cột thủy ngân ở nhiệt độ t 0C.
1.3.3. THỂ TÍCH RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG RIÊNG
• Thể tích riêng (v) - Thể tích riêng của một chất là thể tích ứng với một đơn vị khối lượng chất đó :
m
v=V [m3/kg]
• Khối lượng riêng (ρ) - Khối lượng riêng - còn gọi là mật độ - của một chất là khối lượng ứng với một đơn vị thể tích của chất đó :
V
= m
ρ [kg/m3] 1.3.4. NỘI NĂNG
Nội nhiệt năng (U) - gọi tắt là nội năng - là năng lượng do chuyển động của các phân tử bên trong vật và lực tương tác giữa chúng.
Nội năng gồm 2 thành phần : nội động năng (Ud) và nội thế năng (Up). Nội động năng liên quan đến chuyển động của các phân tử nên nó phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. Nội thế năng liên quan đến lực tương tác giữa các phân tử nên nó phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử. Như vậy, nội năng là một hàm của nhiệt độ và thể tích riêng : U = U (T, v)
Đối với khí lý tưởng, nội năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Lượng thay đổi nội năng của khí lý tưởng được xác định bằng các biểu thức :
du = cv . dT
∆u = u2 - u1 = cv. ∆T 1.3.5. ENTHALPY
Enthalpy (I) - là đại lượng được định nghĩa bằng biểu thức : V
p U
I = + ⋅
Như vậy, cũng tương tự như nội năng , enthalpy của khí thực là hàm của các thông số trạng thái. Đối với khí lý tưởng, enthalpy chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và lượng thay đổi enthalpy của khí lý tưởng trong mọi quá trình được xác định bằng biểu thức :
di = cp . dT
∆i = i2 - i1 = cp. ∆T 1.3.6. ENTROPY
Entropy (S) là một hàm trạng thái được định nghĩa bằng biểu thức :
dS dQ
= T [J/0K]