1 / 70

NHIEÄT HOÏC

NHIEÄT HOÏC. 1.KHÍ LYÙ TÖÔÛNG. + Khí lyù töôûng : Caùc phaân töû khí raát xa nhau → coi nhö khoâng töông taùc nhau. + Traïng thaùi moät heä (khoái) khí ñöôïc xaùc ñònh bôûi caùc thoâng soá traïng thaùi:P,V,T. a/Aùp suaát. Ñònh luaät Dalton :

hagen
Download Presentation

NHIEÄT HOÏC

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. NHIEÄT HOÏC

  2. 1.KHÍ LYÙ TÖÔÛNG + Khí lyù töôûng : Caùc phaân töû khí raát xa nhau → coi nhö khoâng töông taùc nhau . + Traïng thaùi moät heä (khoái) khí ñöôïc xaùc ñònh bôûi caùc thoâng soá traïng thaùi:P,V,T a/Aùp suaát • Ñònh luaät Dalton : • “Aùp suaát moät hoãn hôïp khí baèng toång aùp suaát rieâng phaàn cuûa töøng chaát khí thaønh phaàn “

  3. b/ Nhieät ñoä :Ñaïi löôïng vaät lyù theå hieän möùc ñoä chuyeån ñoäng hoãn loïan cuûa caùc phaân töû cuûa vaät(hay heä vaät) ñang xeùt. -Caùc nhieät giai : - Nhieät giai Celsius :Ñieåm tan cuûa nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa nöôùc tinh khieát ôû aùp suaáp 1 atm. Nhieät giai Fahrenheit :Ñieåm tan cuûa nöôùc ñaù vaø ñieåm soâi cuûa nöôùc tinh khieát ôû aùp suaát 1 atm töông öùng laø : - Nhieät giai Kelvin :

  4. Hình (1.1): Töông quan giöõa aùp suaát vaø nhieät ñoä ñoái vôùi 3 loïai khí khaùc nhau. ??? Nhaän xeùt gì ? Vôùi moïi loïai khí,ñöôøng ngoïai suy P→0 vôùi moïi loïai khí ñeàu gaëp nhau taïi -273,15 0 C.

  5. Phöông trình traïng thaùi khí lyù töôûng(Phöông trình Clapeyron – Mendeleev) f (P,V,T ) = 0 (1.1) Vôùi m (kg) khí : Vôùi 1 kmol khí : :khoái löôïng cuûa 1 kmol Trong ñieàu kieän tieâu chuaån:p=1 atm;00 C (1.2) (1.3) Haèng soá khí lyù töôûng :

  6. N : Toå soá phaân töû chöùa trong khoái khí NA : Soá phaân töû trong 1 kmol. : Haèng soá Bolzman (1.4) (1.5)

  7. Caùc tröôøng hôïp rieâng : Caùc ñònh luaät thöïc nghieäm. Gay-Lussac(1802) Boyle-Mariotte(1669) Charles : Heä soá daõn nôû nhieät,cho moïi chaát khí

  8. V O T ( a) (b) Hình (1.2): a/Ñöôøng ñaúng nhieät ,coù daïng Hypecbol. b / Ñöôøng ñaúng aùp(Gay Lussac c/ Ñöôøng ñaúng tích (Charles). P O T (c)

  9. 8.2 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG

  10. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.1. NĂNG LƯỢNG Kháiniệm Nănglượngcủamộthệlàđạilượngvậtlýcóthểdùngđểchỉmứcđộvậnđộngcủahệ (độngnăng), mứcđộtươngtáccủahệvớimôitrườngngoài (thếnăng) vàkhảnăngtươngtáclẫnnhaucủacáchạttạothànhhệ (nộinăng).

  11. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Thông thường các đối tượng nghiên cứu xem là đứng yên và bỏ qua các trường ngoài. Động năng và thế năng của hệ bằng không. Năng lượng = Nội năng • Đơn vị của nội năng là đơn vị năng lượng (Joule) hay của đơn vị nhiệt lượng (calory).

  12. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Hệ ở trạng thái xác định Hệ thay đổi trạng thái U có giá trị xác định U thay đổi Nội năng phụ thuộc vào trạng thái của hệ Nội năng không phụ thuộc quá trình biến đổi Nội năng là hàm đơn trị của trạng thái.

  13. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.2. CÔNG Khái niệm (Với khối khí đứng yên) Lực tác dụng lên chất khí được xem là thực hiện một công nếu làm thể tích chất khí thay đổi. Khái niệm công gắn liền với quá trình biến đổi thể tích!

  14. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Công mà hệ thực hiện được khi đi theo các qui trình khác nhau là khác nhau. Công không những phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà nó còn phụ thuộc vào qui trình đường đi. Cônglàhàmcủaquátrình

  15. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.2.1. Qui ước • Công A cógiátrịdươngnếuhệnhậncông. • Công A cógiátrịâmnếuhệsinhcông. • Vớinhữngcôngnguyêntố, tabiểudiễnlàδA • Cônglàmộthìnhthứctraođổinănglượnggiữahaihệ, nêncôngcũngđượctínhtheođơnvịcủanănglượng (Joule hoặcCalory).

  16. F S O x2 x1 Hình 8.1 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.2.2. Biểuthứctínhcôngtrongmộtquátrìnhcânbằng • CôngnhỏδA: • Bàitoán: Xétmộtkhốikhítrongmộtxylanh, píttôngcóthểdichuyểntự do không ma sát, chọntrục Ox nhưhìnhvẽ.

  17. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG • Ápsuấtbênngoàitácdụnglênpíttông: • p = F/S • Trongquátrìnhcânbằng, ápsuấtnàylàápsuấtcủakhốikhítrongxylanhvàcôngmàkhốikhínhậnđượcδA (dương). Côngđólàcôngmàtađãmấtđiđểnénpíttông. • Vìdx = x2 x1 < 0 • nêncôngnhỏ: • δA = Fdx = pSdx = pdV > 0 • Vậy: (8.1) δA =  pdV

  18. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG • Cônglớn A: • Bàitoán: Cho mộtquátrìnhbiếnđổihữuhạn, trongđóthểtíchcủahệthayđổitừ V1đến V2. • Phương pháp tính công: Chia nhỏ quá trình thành nhiều quá trình nhỏ liên tiếp để tính công vi phân δA mà hệ nhận được trong từng quá trình nhỏ, sau đó lấy tổng.

  19. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.2. NHIỆT LƯỢNG • Giảsửcóhaivật, gồmmộtvậtnóngvàmộtvậtlạnhtiếpxúcnhau. • Nănglượngđượctruyềntừvậtnóng sang vậtlạnhmàthểtíchcủahaivậtvẫnkhôngthayđổi, điềunàycónghĩalàkhôngcósựthựchiệncông. • Vậyhaivậtvẫntraođổinănglượngvớinhaunhưngkhôngphải qua côngmàlà qua nhiệtlượng. Nóicáchkhác, nhiệtlượnglàmộtdạngtraođổikháccủanănglượngkhicôngkhôngđượcthựchiện.

  20. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Nhiệt lượng chỉ tồn tại khi có một quá trình biến đổi xảy ra. Sựtraođổinhiệtkhôngnhữngphụthuộcvàotrạngtháiđầuvàcuốimàcònphụthuộcvàođườngđi. Nhiệtlượngkhôngphảilàhàmcủatrạngtháimàlàhàmcủaquátrình.

  21. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.3.1. Qui ước • MộtnhiệtlượngQ dươngcó ý nghĩalàcómộtluồngnhiệtchảyvàohệthống, nóicáchkhácnếuhệnhậnnhiệtthì Q đượccoilàdương. • MộtnhiệtlượngQ âmcó ý nghĩalàcómộtluồngnhiệtchảyrakhỏihệthống, nóicáchkhácnếuhệnhảnhiệtthì Q đượccoilàâm. • Đơnvị: theođơnvịnănglượng (Joule hoặcCalory).

  22. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG 8.2.3.2. Biểuthứctínhnhiệtlượngtrongmộtquátrìnhcânbằng • NhiệtlượngnhỏδQ: • GọiδQ lànhiệtlượnghệnhậnvàođểnhiệtđộtăngdT. • Thựcnghiệm: δQ tỉlệvớidTvàtỉlệkhốilượng M củahệ δQ = cMdT (8.3) c là hệ số tỉ lệ, được gọi là dung lượng riêng của hệ (J/kg)

  23. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG • Nhiệt dung phân tử C là: • C = µ.c • Vậy nhiệt lượng mà hệ nhận được:

  24. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG • Nhiệtlượnglớn Q: • Bàitoán: Xétmộtquátrìnhnungnónghệtrongđónhiệtđộthayđổitừ T1đến T2. • Phươngpháptính: Tươngtựnhưtrongtrườnghợpcông. Ta tính được: Vậy:

  25. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG • Nhiệt lượng là hàm của quá trình, nghĩa là ứng với T như nhau, nhưng với quá trình khác nhau thì nhiệt lượng nhận được khác nhau. • Hai quá trình quan trọng là quá trình đẳng tích và quá trình đẳng áp.

  26. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Quá trình đẳng tích C = Cv : nhiệt dung phân tử đẳng tích.

  27. KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG, CÔNG VÀ NHIỆT LƯỢNG Quá trình đẳng áp C = CP : nhiệt dung phân tử đẳng áp.

  28. 8.3 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC

  29. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.1. PHÁT BIỂU VÀ BIỂU THỨC 8.3.3.1/ Phát biểu Độ biến thiên nội năng (năng lượng) của một hệ trong một quá trình biến đổi bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận vào trong quá trình đó.

  30. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.3.2/ Biểuthức Nếu quá trình nhỏ, độ biến thiên nội năng: dU = δA + δQ (8.10) Quá trình hữu hạn: ∆U = A + Q (8.11)

  31. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Chu trìnhkhépkínlàquátrìnhmàtrạngtháicuốitrùngvớitrạngtháiđầu. • Nộinănglàhàmtrạngthái. U1 = U2 • Vậyđộbiếnthiênnộinăng (nănglượng) củamộthệtrongmộtquátrìnhbiếnđổibằngtổngcôngvànhiệtlượngmàhệnhậnvàotrongquátrìnhđó. ∆U = A + Q = 0  A =  Q

  32. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC Hệ nhận công (A > 0) Hệ nhận nhiệt (Q > 0) Sinh công (A < 0) Toả nhiệt (Q < 0) Môi trường bên ngoài nhận được công A´ =  A > 0 Môi trường bên ngoài nhận nhiệt lượng Q´ =  Q > 0

  33. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.3.3/ Độngcơvĩnhcửuloạimột Xét một động cơ nhiệt hoạt động theo một chu trình kín, kết thúc chu trình thì độ biến thiên nội năng của hệ U = 0. Động cơ vĩnh cửu loại một: là động cơ có khả năng sinh ra công mà không cần nhận năng lượng ở đầu vào.

  34. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC Nguyên lý thứ nhất Nếu động cơ sinh công (A < 0) thì phải nhận một lượng nhiệt từ bên ngoài (Q > 0). Không thể có động cơ có thể sinh ra công mà không cần nhận năng lượng. Không thể nào chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại một !!!

  35. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.2. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC ĐỂ NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG 8.3.2.1/ Quá trình đẳng tích (V = const) Xét quá trình hơ nóng hoặc làm lạnh khối khí trong một bình kín có hệ số dãn nở không đáng kể.

  36. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Cônghệnhậnđược: • Từ công thức (8.2): • Do V = const nên dV= 0. • Công mà hệ nhận trong quá trình đẳng tích:

  37. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Độbiếnthiênnộinăng • Từ công thức (7.11), ta có độ biến thiên nội năng:

  38. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nhiệtlượnghệnhậnđược • Theo nguyênlýthứnhất, tacó: • ∆U = A + Q • Q = ∆U  A = ∆U • Theo (8.7) thì: • Từ biểu thức Q = ∆U , suy ra nhiệt dung riêng phân tử đẳng tích:

  39. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.2.2/ Quátrìnhđẳngáp (P = const) Xét quá trình hơ nóng hoặc làm lạnh khối khí trong một bình kín có hệ số dãn nở không đáng kể. • Độ biến thiên nội năng Từ công thức (7.11), độ biến thiên nội năng:

  40. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Công hệ nhận được: • Từcôngthức (8.2): • Do P = const nên: • Công mà hệ nhận trong quá trình đẳng áp:

  41. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nhiệtlượnghệnhậnđược • Theo nguyên lý thứ nhất, ta có:

  42. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nhiệtlượngmàhệnhậnđượctrongquátrìnhđẳngáp: • So sánh công thức (8.16) với công thức (8.9): • Nhiệt dung phân tử đẳng áp:

  43. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Từ (8.16) suy ra được phương trình Maier: • Tỉ số: • Vậy, hệ số Poisson:

  44. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.2.3/ Quátrìnhđẳngnhiệt (T = const) Định nghĩa Để cho một quá trình có thể là đẳng nhiệt thì nhiệt lượng từ bên ngoài cung cấp cho hệ cũng như là nhiệt lượng mà hệ nhả ra cho môi trường xung quanh phải diễn ra rất chậm sao cho hệ luôn luôn ở trạng thái cân bằng nhiệt trong suốt quá trình đó. Ví dụ: Quá trình nén hoặc dãn rất chậm một khối khí trong trường hợp môi trường có nhiệt độ không đổi.

  45. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Cônghệnhậnđược: • Từcôngthức (8.2): Mà • Nên • Công mà hệ nhận trong quá trình đẳng nhiệt:

  46. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Độ biến thiên nội năng • Từ công thức (7.11), độ biến thiên nội năng: • Do T = const nên ∆T = 0. (8.20) ∆U = 0 • Vậy:

  47. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Nhiệtlượnghệnhậnđược • Theo nguyên lý thứ nhất, ta có:

  48. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC 8.3.2.4/ Quá trình đoạn nhiệt Định nghĩa Quá trình đoạn nhiệt là một quá trình mà trong đó không có sự truyền nhiệt vào trong cũng như mất nhiệt ra khỏi hệ nhiệt động đang xét. Nói cách khác, quá trình đoạn nhiệt là một quá trình hoàn toàn cách nhiệt (Q = 0). Ví dụ: quá trình nén hoặc dãn khí trong một bình có vỏ cách nhiệt tốt.

  49. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Theo nguyên lý thứ nhất, ta có: dU = δA + δQ • Vì: δQ = 0 → dU = δA (*) • Mà: • Và: • Vậy:

  50. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC • Theo (8.1) thì: δA = -pdV • Vậy theo (*) và (* *) thì: γlà hệ số Poisson có được từ công thức (8.18). γpdV + Vdp = 0 • Nên: • Chia hai vế cho pV:

More Related