V. Công và nhiệt
V.3. Nhiệt lượng
Nhiệt lượng Q là một phương thức mà hệ trao đổi năng lương với bên ngoài thông
qua sự chuyển động hỗn loạn của phân tử. Bằng cách đun nóng hay làm lạnh hệ.
Nhiệtlượng Q được gọi tắt là nhiệt.
Trong hệ đơn vị Quốc tế (S.I) đơn vị của nhiệt Q là (J).
Ngoài hệ SI, người ta còn dùng đơn vị calo (cal): 1 cal = 4,186 J
Nhiệt Q là đại lượng đo độ biến thiên nội năng U của hệ.
Người ta qui ước nhiệt mà hệ nhận vào là Q > 0 và nhiệt mà hệ toả ra là Q’ < 0. Nhiệt cung cấp cho 1kg chất tăng lên 1K được gọi là nhiệt dung riêng c:
c = mdT Q (7–17) Hay: Q = c m dT (7– 18) Nhiệt lượng cung cấp cho 1kmol chất tăng lên 1K được gọi là nhiệt dung phân tử. C = μ c (7 - 19)
Trong đó khối lượng của 1kmol chất .
Vậy: Q CmdT
(7 – 20) VI. Nguyên lí thứ nhất của nhiệtđộng học
VI.1. Phát biểu :
Trong một quá trình biến đổi độ biến thiên nội năng U của hệ bằng tổng của
công A và nhiệt Q mà hệ nhận vào trong quá trình đó.
U = A + Q (7 – 21) Trong quá trình vi phân: Trong quá trình vi phân:
dU = δA + δQ (7 – 22) Bản chất vật lí của nguyên lí thứ nhất nhiệt động học là định luật bảo toàn năng lượng giữa cơ năng và nhiệt năng.
Bài tập7.3: Một hệ nhiệt động là một khối khí lí tưởng thực hiện theo một chu trính (12341) như hình vẽ
Đáp số: Q = 6 J
Hướng dẫn: Công của chu trình bằng tổng công của các quá trình và áp dụng
nguyên lí thứ nhất của nhiệt động học.
O V p 1 2 3 4 Quá trình đẳng áp 12 có áp suất p2 = 4.103 N/m2 Quá trình đẳng tích 23 có thể tích V2 = 6 lít Quá trình đẳng áp 34 có áp suất p1 = 2.103 N/m2 Quá trình đẳng tích 41 có thể tích V1 = 3 lít
VI.2 . Hệ quả
VI.2.1. Nhiệt là hàm quá trình
Ta xét hai trạng thái (1) và (2).
Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá trình (1a 2): U = U2 – U1 = Aa + Qa
Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá trình (1 b 2): U = U2 – U1 = Ab + Qb
Suy ra: U = U2 – U1 = Aa + Qa = Ab + Qb
Vì Aa Ab ( do công là hàm quá trình), nên Qa Qb. Vậy nhiệt Q cũng là hàm quá trình.
VI.2.2. Nhiệt theo quá trình
Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá trình (1 → 2): U12 = U2 – U1 = A12 + Q12
Áp dụng nguyên lí thứ nhất cho quá trình (2→1): U21 = U1 – U2 = A21 + Q21
Suy ra: U21 = - U12 = A21 + Q21 = - A12 – Q12 Ta suy ra:
a) A21 = - A12
- Nếu A12 > 0 hệ nhận công thì A21 < 0 hệ sinh công và ngược lại
- Công trên cùng một quá trình (1 → 2) và (2→1) có cùng độ lớn và trái đấu
b) Q21 = - Q12
- Nếu Q12 > 0 hệ nhận nhiệt thì Q21 < 0 hệ tỏa nhiệt và ngược lại
- Nhiệt trên cùng một quá trình (1 → 2) và (2→1) có cùng độ lớn và trái đấu
VI.2.3.. Nếu hệ thực hiện theo một chu trình
Hệ thực hiện theo chu trình : ∆U = 0 Vậy theo nguyên lí thứ nhất ta có :
A + Q = ∆U = 0
Ta suy ra : A = - Q hay Q = - A (7-23a)
Công nhận vào bằng nhiệt tỏa ra hay nhiệt nhận vào bằng công sinh ra.
VI.2.4. Nếu hệ thực hiện theo quá trình đẳng nhiệt
Trong quá trình đẳng nhiệt: ∆T = 0
Vậy: 0 2 m i U R T Theo nguyên lí thứ nhất ta có : A + Q = ∆U = 0 Ta suy ra : A = - Q hay Q = - A (7-23b)
Công nhận vào bằng nhiệt tỏa ra hay nhiệt nhận vào bằng công sinh ra.
VI.3. Ứng dụng nguyên lí thứ nhất
Trong phần này chúng ta ứng dụng nguyên lí thứ nhất để xác định công và nhiệt
trong các quá trình cân bằng.
(1) (2) (a ) ( b ) 1 ● ● 2
VI.3.1. Quá trình đẳng tích 1/ Quá trình đẳng tích
Quá trình đẳng tích là quá trình hơ nóng hay làm lạnh
một khối khí trong một bình có thể tích không đổi
2/ Công trong quá trình đẳng tích
Trong quá trình đẳng tích dV = 0
Suy ra: δA = - pdV = 0
Vậy trong quá trình đẳng tích công bằnh không.