3. 1 NĂNG LƯỢNG
8.1.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1 . Hệ nhiệt động
Hệ nhiệt động là hệ gồm các vật (hoặc một khoảng không gian chứa đầy vật chất) được xác định hoàn toàn bởi một số các thông số vĩ mô, độc lập với nhau.
Hệ nhiệt động gọi là cô lập nếu nó hoàn toàn không tương tác và không trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài.
Hệ không cô lập, nếu có tương tác với môi trường bên ngoài.
Nếu hệ không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài thì hệ cô lập về phương diện nhiệt.
Nếu hệ trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài nhưng không sinh công thì hệ cô
lập vềphương diện cơ học.
2. Thông số trạng thái và phương trình trạng thái
Khi nghiên cứu một hệ nhiệt động, người ta có thể dùng một tập hợp các tính chất để xác định trạng thái của hệ. Mỗi tính chất thường được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý. Các đại lượng vật lý này được gọi là các thông số trạng thái. Như vậy trạng thái của một hệđược xác định bởi nhiều thông số trạng thái. Những hệ thức giữa
các thông số trạng thái của một hệ gọi là những phương trình trạng thái của hệđó. Chẳng hạn, để biểu diễn trạng thái của một khối khí nhất định, người ta thường dùng ba thông số trạng thái: thể tích V, áp suất P và nhiệt độ T của khối khí. Nhưng theo thực nghiệm chỉ có hai thông số độc lập, nghĩa là ba thông số đó có liên hệ với nhau qua một phương trình trạng thái dạng tổng quát sau:
Đối với một khối khí lý tưởng có khối lượng m, co thể tích V và có nhiệtđộ tuyệt đối T, thì tphương trình trạng thái của khối khí đó là:
trong đó μ là khối lượng phân tử,
μ m là số một hay kmol khí ; R là hằng số khí lý tưởng và có giá trị: Nếu áp suất đo bằng atmốtphe, thì: Chú ý:
- Trong quá trình khối khí biến đổi đẳng nhiệt (T = const), từ (8.2) ta có: PV = const. Đây là biểu thức biểu diễn định luật Bôilơ - Mariốt được tìm ra bằng thực nghiệm.
- Trong quá trình khối khí biến đổi đẳng tích (V = const) và đẳng áp (P = const) .
Từ (8 .2) ta có:
Các biểu thức này biểu diễn các định luật Gay - Luytrắc được tìm ra bằng thực nghiệm .
3. Khái niệm áp suất và nhiệt độ
a) Áp suất
Áp suất (P) là áp lực nén vuông góc lên một đơn vị diện tích. Theo định nghĩa thì áp suất:
Niutơn trên mét vuông (N/m2) hay Paxcan (Pa ; a 2
m N 1
P = ) . Ngoài ra để đo áp suất, người ta còn dùng các đơn vị: atmôtphe kỹ thuật (gọi tắt là atmôtphe, viết tắt là at và milimet thủy ngân (viết tắt là mmHg, còn gọi là Tor):
1at = 760mmHg = 9,81.104 N/m2
b) Nhiệt độ
Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật chất.
Khi nhiệt độ của vật thay đổi thì một số tính chất của vật chất cũng thay đổi theo: ví dụ như thể tích, áp suất, độ cứng, tính dẫn điện, ... Để đo nhiệt độ người ta dùng nhiệt kế. Nhiệt độ là một trong bảy đơn vị cơ bản của hệ SI. Trong hệ này người ta dùng thang nhiệt độ Kelvin (viết tắt là K). Quốc tế đã chọn nhiệt độứng với 273,16K làm điểm chuẩn của nhiệt giai Kelvin (273,16 ứng với 0OC) ; mỗi độ chia của thang nhiệt độ tuyệt đối bằng mỗi độ chia của nhiệt độ bách phân, nhưng độ không của thang tuyệt đối (OK) ứng với -273,16oc của thang bách phân. Giữa nhiệt độ tuyệt đối T và nhiệt độ bách phân t có hệ thức:
T = t + 273,16.
Trong các tính toán đơn giản, ta thường lấy: T = t + 273.