1. Trang Chủ
  2. Vật lý
  3. Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 3 - TS. Hà Anh Tùng

Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 3 - TS. Hà Anh Tùng

Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 3 Định luật nhiệt động thứ 2, cung cấp cho người học những kiến thức như: Giới thiệu định luật nhiệt động thứ 2; Hai phát biểu cơ bản của định luật nhiệt động thứ 2; Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch; Chu trình Carnot; Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ 2. Mời các bạn cùng tham khảo! Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Tóm tắt tuần 4 TUẦN 4 2.5 Một số quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng TUẦN 5 Chương 3: Định luật nhiệt động

Thể loại Tài liệu miễn phí Vật lý

Số trang 22

Ngày tạo 4/3/2023 9:05:46 AM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.87 M

Tên tệp

Tải Bài giảng Nhiệt động lực học: Chương 3 - TS. Hà An... (.pdf)

Xem mẫu

  1. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Tóm tắt tuần 4 TUẦN 4 2.5 Một số quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng TUẦN 5 Chương 3: Định luật nhiệt động thứ 2 p.1
  2. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM TUẦN 5 Chương 3: Định luật nhiệt động thứ 2 3.1 Giới thiệu: 3.2 Hai phát biểu cơ bản của Định luật nhiệt động thứ 2 3.3 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch 3.4 Chu trình Carnot 3.5 Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ 2 p.2
  3. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3.1 Giới thiệu ¾ Định luật nhiệt động 1 không cho biết được chiều hướng diễn biến của một quá trình - Ví dụ: Quá trình gia Dòng nhiệt nhiệt cho không thể tự nước để làm động di chuyển quay trục từ nơi có nhiệt quay không độ thấp đến nơi xảy ra trong có nhiệt độ cao thực tế Để 1 quá trình có thể diễn ra, cần phải thỏa mãn không những ĐLNĐ 1 mà còn phải thỏa mãn cả ĐLNĐ 2 p.3
  4. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3.2 Hai phát biểu cơ bản của Định luật nhiệt động thứ 2 3.2.1 Phát biểu Kelvin-Planck ¾ Không thể có bất kỳ động cơ nhiệt ¾ Không thể tồn tại bất kỳ nào có thể biến toàn bộ nhiệt lượng động cơ nhiệt nào có hiệu nhận được thành ra công suất nhiệt 100% Nguồn nóng Q IMPOSSIBLE !! Động cơ nhiệt W=Q Động cơ nhiệt chỉ có thể hoạt Ví dụ: động khi có sự vận chuyển nhiệt lượng từ nguồn nóng đến nguồn lạnh p.4
  5. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Sơ đồ chu trình nhiệt của tuabin hơi (Chu trình thuận chiều) 2 3 1 4 Hiệu suất nhiệt của chu trình: Wout − Win η= Qin Wout Qout q out Do: Win
  6. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3.2.2 Phát biểu Clausius ¾ Không thể có bất kỳ 1 máy lạnh ¾ Hệ số làm lạnh của máy hay bơm nhiệt nào có thể vận chuyển lạnh (hay hệ số làm nóng của nhiệt lượng từ một nơi có nhiệt độ bơm nhiệt) không thể nào nhỏ hơn đến một nơi có nhiệt độ cao tiến đến vô cùng hơn mà không tiêu tốn năng lượng Nguồn nóng QN = QL Máy lạnh IMPOSSIBLE !! Nguồn lạnh QL p.6
  7. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Sơ đồ chu trình nhiệt của máy lạnh (Chu trình ngược chiều) p 3 2 3 q1 2 W 4 4 1 q2 1 v Q2 Q2 q2 Hệ số làm lạnh : ε= = = W Q1 − Q2 q1 − q 2 p.7
  8. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Sự tương đồng giữa 2 phát biểu Nguồn nóng Nguồn nóng Q2 Q1 Q1 +Q2 W = Q1 Động cơ nhiệt Máy lạnh Máy lạnh Nguồn lạnh Q2 Nguồn lạnh Q2 Kelvin-Planck Clausius p.8
  9. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Nói thêm: Động cơ vĩnh cửu ¾ History of Perpetual Motion Machine ™ Động cơ vĩnh cửu loại 1: vi phạm Định luật Nhiệt động 1 - Ví dụ: nhà máy nhiệt điện “vĩnh cửu” Wout Qout p.9
  10. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ™ Động cơ vĩnh cửu loại 2: vi phạm Định luật Nhiệt động 2 - Ví dụ: p.10
  11. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3.3 Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch ™ Quá trình thuận nghịch: là quá trình có thể tiến hành theo chiều ngược lại mà không làm biến đổi trạng thái hệ thống và môi trường. - Ví dụ: nếu bỏ qua ma sát Æ chuyển động của con lắc có thể xem là quá trình thuận nghịch p.11
  12. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ™ Nhận xét về quá trình thuận nghịch: ¾ Quá trình thuận nghịch là quá trình lý tưởng, không thể xảy ra trong thực tế ¾ Hệ thống sử dụng quá trình thuận nghịch sẽ sinh công lớn nhất và tiêu hao ít năng lượng nhất ¾ Quá trình thuận nghịch được sử dụng trong lý thuyết để tính toán khả năng tối đa của hệ thống Æ sau đó so sánh với khả năng thực của hệ thống trong thực tế p.12
  13. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ™ Quá trình không thuận nghịch: là quá trình chỉ có thể tiến hành theo chiều ngược khi biến đổi trạng thái hệ thống và môi trường. - Ví dụ 1: quá trình trao đổi nhiệt giữa vật nóng và vật lạnh - Ví dụ 2: quá trình giãn nở của chất khí ở nhiệt độ T = const p.13
  14. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM 3.4 Chu trình Carnot: - là chu trình lý tưởng bao gồm 4 quá trình thuận nghịch 1-2: Giãn nở đẳng nhiệt, T1 nhận nhiệt lượng Q1 từ T1 Q1 nguồn nóng (có cùng nhiệt Q1 độ T1) T1= const T1 2-3: Giãn nở đoạn nhiệt T2 (Nhiệt độ giảm từ T1 T2= const xuống T2) Q2 T 3-4: Nén đẳng nhiệt, thải Q1 T2 nhiệt lượng Q2 cho nguồn T1 1 2 T2 Q2 lạnh (có cùng nhiệt độ T2) Wout T2 T1 4 3 4-1: Nén đoạn nhiệt (Nhiệt Q2 T2 s độ tăng từ T2 lên T1) p.14
  15. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Mô phỏng chu trình Carnot p.15
  16. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM ¾ Hiệu suất nhiệt/Hệ số lạnh của chu trình Carnot a/ Chu trình Carnot thuận chiều b/ Chu trình Carnot ngược chiều (Động cơ nhiệt) (Máy lạnh) T T Q1 Q1 1 2 1 4 T1 T1 Wout Win T2 3 T2 3 4 2 Q2 Q2 s s A B A B Hiệu suất nhiệt: Hệ số lạnh: Q2 Q2 dt ( A23B) W Q2 dt ( A43B) ε Carnot = = = η Carnot = out = 1 − = 1− Win Q1 − Q2 dt (1234) Q1 Q1 dt ( A12 B) T2 1 T ε Carnot = = η Carnot = 1− 2 T1 − T2 T1 T1 −1 p.16 T2
  17. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ý nghĩa của chu trình Carnot ¾ Trong tất cả các chu trình nhiệt động tiến hành ở cùng điều kiện nhiệt độ cực đại Tmax và cùng nhiệt độ cực tiểu Tmin , chu trình CARNOT luôn có hiệu suất nhiệt cao nhất T - Chu trình bất kỳ 1234: Q2 dt ( J 432 IJ ) A η = 1− = 1− dt ( J 412 IJ ) 1 B Tmax Q1 4 2 - Chu trình Carnot ABCD: Q2 C dt ( JD3CIJ ) Tmin C η Carnot = 1 − = 1− D 3 Q1C dt ( JA1BIJ ) s η Carnot 〉 η J I p.17
  18. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 3.2 (Sách “NĐLHKT”) Nguồn nóng Một kỹ sư công bố đã nghiên T1 = 1370 oC cứu được 1 loại động cơ: Q1 - Công suất động cơ P = 60 HP W Động cơ - Tiêu thụ 4.5 kg/h khí đốt với giả thiết 1 kg khí đốt Æ 10,000 kcal nhiệt Q2 lượng. Môi trường Phát minh trên có khả thi hay không ? W 60 * 0.7457 * 3600 ¾ Hiệu suất nhiệt của động cơ: η= = = 0.86 Q1 4.5 *10000 * 4.186 T T2 T2 = 20oC: η max = 0.822 η Max = 1− 2 = 1− T2 = 10oC: η max = 0.828 Vô lý ! T1 (273 + 1370) T2 = 0oC: η max = 0.834 p.18
  19. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 3.3: tủ lạnh Hệ số lạnh của tủ lạnh là: • Qc 8000 ε= • = = 2.5 W cycle 3200 Hệ số lạnh maximum theo chu trình carnot của Bơm nhiệt là: T2 273 − 5 ε max = = = 9.93 T1 − T2 22 − (−5) Hệ thống còn có thể cải thiện nhiều ! p.19
  20. Người soạn: TS. Hà anh Tùng 1/2009 ĐHBK tp HCM Ví dụ 3.4: Bơm nhiệt 2600000 Nhiệt lượng cần bổ sung cho nhà kJ/ngày mỗi giây là: • 2600000 T1=24oC Q1 = = 30.093 (kW ) 24 x3600 • Hệ số lạnh maximum theo chu trình Q1 carnot của tủ lạnh là: T2 273 + 12 ε max = = = 23.75 • T1 − T2 24 − 12 Q2 Công suất tối thiểu của bơm nhiệt là: • T2=12oC • Q1 30.093 W min = = = 1.267 (kW ) ε max 23.75 p.20
nguon tai.lieu . vn
Toán học Môi trường Vật lý Sinh học Địa Lý Hoá học Nông - Lâm - Ngư Cơ khí - Chế tạo máy Tiếng Anh phổ thông Khoa học ứng dụng Nông - Lâm Kiến thức tổng hợp Giáo dục học Xã hội học