CHƯƠNG VI
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
CÁC HỆ THỐNG SỐNG

Mục tiêu

Nắm được nội dung, ý nghĩa của nguyên lý thứ nhất và
nguyên lý thư hai nhiệt động lực học.

Vận dụng các nguyên lý để nghiên cứu các quá trình cân
bằng, chiều diễn biến của một quá trình trong một hệ.

Aùp dụng các nguyên lý thứ nhất và thứ hai nhiệt động lực
học đối với hệ thống sống.
Nội dung

MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NĐLH

ỨNG DỤNG NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NĐLH -
NHIỆT DUNG RIÊNG

NGUYÊN LÝ THỨ HAI NĐLH – ENTROPY

CÁC NGUYÊN LÝ NĐLH ÁP DỤNG CHO HỆ
THỐNG SỐNG
I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Hệ nhiệt động (gọi tắt là hệ)
Là một vật thể hay một tập hợp số lớn các phần tử vật
chất được giới hạn trong một khoảng không gian xác

đẩy pittông chuyển động )
- Nhiệt: dạng truyền năng lượng trực tiếp giữa các phân tử chuyển động
hỗn loạn của hệ ( đun nóng vật ,vận tốc các phân tử gia tăng len )
- Công và nhiệt đều là hàm của quá trình và có thể thể chuyển hóa lẫn
nhau
I. NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1. Phát biểu:
Nhiệt lượng mà hệ nhận được trong quá trình biến đổi bằng tổng công mà
hệ sinh ra và độ biến thiên nôi năng của hệ trong quá trình biến đổi đó.
Q =
∆
U + A ,
∆
U = U
2
– U
1
Trong một biến đổi vô cùng nhỏ, biểu thức được viết lại là:

δ
Q = dU +
δ
A
Quy ước:
+ Nếu A > 0 hệ sinh công, A < 0 hệ nhận công
+ Nếu Q > 0 hệ nhận nhiệt, Q < 0 hệ tỏa nhiệt.
+ Nếu
∆
U > 0 nội năng của hệ tăng,
∆

= - Q
2
Nhiệt lượng do vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng do vật kia
nhận được.
III. ỨNG DỤNG CỦA NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT
ĐỘNG LỰC HỌC – NHIỆT DUNG RIÊNG
1. Trạng thái cân bằng và quá trình cân bằng
+ Trạng thái cân bằng : là trạng thái mà hệ không biến
đổi theo thời gian ( mọi thông số trạng thái ở đó là hoàn
toàn xác định) và nếu không có tác dụng bên ngoài thì
trạng thái đó sẽ tồn tại mãi mãi.
+ Quá trình cân bằng: Là quá trình biến đổi gồm một
chuỗi liên tiếp các trạng thái cân bằng
Thực tế: quá trình vô cùng chậm ⇔ cân bằng ( chuẩn cân
bằng)
2. Công mà hệ sinh ra trong một quá trình cân bằng:
Áp lực chất khí = tải trọng

Quá trình đủ chậm = quá trình cân bằng.
Lấy từ từ ít viên đạn chì ra: Pittông dịch
chuyển lên một đoạn dx với lực đẩy F .
+ Công mà khí sinh ra trong quá trình là:

δ
A = F dx

δ
A = (pS) dx , S.dx = dV
⇔
δ


S
A = S > 0
C
2
O
V
1
V
2
dv
v
p
C
1

S
A = - S < 0
S
O

v
1
v
2
v
p
P
A = -S < 0
A = + S > 0

( )Q mc T T= −
2
1
T
T
Q mcdT=
∫
K
o
Kmol
J
Vậy:
-
Aån nhiệt (nhiệt chuyển pha) L: Là nhiệt lượng cần thiết để một
đơn vị khối lượng một chất thay đổi trạng thái hoàn toàn.
Vậy nhiệt lượng Q cần thiết để thay đổi trạng thái của một khối
lượng m là:
Q = mL
-
Nhiệt độ chuyển pha : Nhiệt độ tại đó, hệ thay đổi trạng thái
-
Aån nhiệt và nhiệt độ chuyển pha phụ thuộc vào áp suất

CdT
m
Q
µ
=δ
Bây giờ ta tính A , Q và ∆U trong các quá trình .
4. Trong quá trình đẳng tích:


⇒ (nhiệt dung phân tử đẳng tích)
5. Trong quá trình đẳng áp

- p = const. dp = 0 ⇒ ⇒ δA = pdV = pdV+ Vdp = d(pV)
- Nguyên lý I : δQp = dU + δA
= dU + d(pV) (**)
⇔ = d(U + pV).
⇔ δQp = dH.
Hay Q
p
= ∆H
(H = U + pV Enthalpie của hệ , là hàm của trạng thái)
Vậy nhiệt lượng mà hệ nhận được trong quá trình đẳng áp
bằng độ tăng Enthalpic của hệ
Để ý : ⇒
Từ (**):
⇒ (nhiệt dung phân tử đẳng áp)
⇒ C
p
= C
v
+ R Hay: C
p
– C
v
= R
( hệ thức Mayer.)
+ ∆U = Q
p

µ 2
R)
i
(
p
C 1
2
+=
2
m i
U R T
µ
∆ = ∆
2 1
( )
m
R T T
µ
−
2
1
p
P
lnRT
m
T
A
µ
=
2

, C
p
trên chỉ mang tính chất gần đúng
- Nhiệt độ thấp nó thay đổi (giảm) theo nhiệt độ.
- Phân tử gồm nhiều nguyên tử thì càng sai lệch với thực nghiệm .
6. Trong quá trình đẳng nhiệt
- T = const. dT = 0 ⇒ ⇒ dU = 0.
- Nguyên lý I δQ
T
= δA
T
hay Q
T
= A
T
vậy nhiệt lượng mà hệ nhận được đều biến thành công mà hệ sinh ra.

Q
T
=
Vì P
1
V
1
= P
2
V
2

7. Trong quá trình đoạn nhiệt

2
=
µ
=−
V
RTm
P
µ
=
dT
v
C
V
dV
RT =−
0=+
V
dV
v
C
R
T
dT
11 −γ=−=
−
=
V
C
p
C

RT
m
PV
µ
=
constp.T =
γ
γ−1
v
2
’ v
1
v
2212
’

v

p
γ
γ
=
γ
γ
=
2
1
2
1
1
1
1
1
V
V
V
dV
Vp
V
dV
V
V
V
p
q
A
)VV(
Vp
q

2
q
m i
A U R T
µ
−
=− ∆ = ∆
TểM TT
Quaự trỡnh Phửụng trỡnh
traùng thaựi
A Q U
ẹaỳng tớch
ẹaỳng aựp
ẹaỳng nhieọt
ẹoaùn nhieọt
P/T = const
V/T = const
PV = const
PV

= const
0
P(V
2
V
1
)
(m/)RTlnV
2
/V

a/ Nhiệt lượng cung cấp cho khối khí
b/ Độ biến thiên nội năng của khối khí
c/ Công do khối khí sinh ra khi dãn nở
GIẢI:
m = 10 g = 10
- 2
kg , i = 5 , µ = 32 kg / kmol , R=8,31.10
3
J/ Kmol
0
K
p
1
= 3 at = 3. 9,81.10
4
N/ m
2
= p
2

T
1
= 10+ 273 = 283
0
K

V
2
=10 lit = 10
-2

- Quá trình bất thuận nghịch: Một quá trình biến đổi được gọi là bất thuận
nghịch nếu quá trình biến đổi ngược lại hệ không qua các trạng thái
trung gian như trong quá trình thuận và khi hệ trở về trạng thái ban
đầu thì môi trường bên ngoài bị thay đổi.
Thực tế, mọi quá trình vĩ mô xảy ra trong tự nhiên hoặc vì biến đổi nhanh
hoặc bao giờ cũng có sự tỏa nhiệt do ma sát…đều là quá trình bất thuận
nghịch( Quá trình khuyếch tán, dẫn nhiệt , )
3. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học:
( Định tính )
a. Phát biểu của Planck:
ùKhông thể chế tạo được một động cơ thực hiện một chu trình
biến đổi để sinh công mà chỉ nhận nhiệt lượng từ nguồn nhiệt
duy nhất”.
Ýù nghĩa : phủ định loại động cơ chỉ nhận nhiệt lượng từ một
nguồn nhiệt duy nhất mà vẫn sinh công liên tục, gọi là “Động cơ
vĩnh cửu loại 2”.

Thực tế, động cơ nhận nhiệt lượng Q
1
của nguồn nhiệt T
1
,phải
nhả nhiệt lượng Q
2
cho nguồn nhiệt T
2.

Sinh công : A = Q
1
- Q