Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 4: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -1-
CHƯƠNG 4
Đ
Đ
Ị
Ị
N
N
H
HL
L
U
U
A
A
Ä
Ä
T
TN
N
H
H
I


H
H
A
A
I
I
1. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT
Xét một số ví dụ:
a)
Nước
Công
Nước
Nhiệt
KHÔNG SINH Công
NHƯNG

b)
Nhiệt
I
NHƯNG
Nhiệt
I = 0Năng lượng có thể phân thành năng lượng của chuyển động có hướng
như điện năng, cơ năng, … và năng lượng của chuyển động vô hướng như nhiệt

S
T
1
1
2
2
3
3
4
q
1
q
2
4
q
1
q
2
q = 0
q = 0
q = 0
q = 0
w
w

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 4: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -3-
Trong chu trình thuận chiều nhiệt lượng chuyển động theo chiều tự
nhiên. Nghóa là chất môi giới sẽ nhận nhiệt q



Trong đó: q
1
nhiệt lượng chất môi giới nhận được từ nguồn nóng,
q
2
nhiệt lượng chất môi giới nhả ra nguồn lạnh,
w = q
1
–
2
q
công sinh ra của chu trình
2.2 CHU TRÌNH NGƯC CHIỀU
q
1
q
2
nhận công w
p
v
s
T
1
2
3
2
1
4

qq
q
w
q



Trong đó: q
1
– nhiệt lượng chất môi giới nhận được từ nguồn lạnh,
q
2
– nhiệt lượng chất môi giới nhả ra nguồn nóng,
w =
2
q
– q
1
– công cung cấp cho chu trình.
Dể thấy
1

3. CHU TRÌNH CARNOT
Năm 1824 Sadi Carnot, kỹ sư người Pháp, đề xuất một loại máy nhiệt lý
tưởng được gọi là chu trình Carnot, chu trình này gồm có 4 quá trình, trong đó
có 2 quá trình đoạn nhiệt thuận nghòch và 2 quá trình đẳng nhiệt thuận nghòch
xếp xen kẻ nhau.

1
q
2

Là chu trình gồm 4 quá trình như sau:
 Quá trình giãn nở đẳng nhiệt 1-2 (T
N
= const), chất môi giới tiếp xúc với
nguồn nóng và nhận nhiệt lượng q
1
.
 Quá trình giãn nở đoạn nhiệt 2-3 (không có sự trao đổi nhiệt với môi
trường xung quanh, q = 0).
 Quá trình nén đẳng nhiệt 3-4 (T
L
= const), chất môi giới tiếp xúc với
nguồn lạnh và nhả nhiệt q
2
.
 Quá trình nén đoạn nhiệt 4-1 (q = 0).
Tính hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot thuận chiều:

1
2
11
21
ct
q
q
1

2
1
N1
ssTdsTq 


Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 4: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG II

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -6-

     
12L43L34L
4
3
L2
ssTssTssTdsTq 


Vậy:
 
 
N
LN
N
L
12N
12L
ct
T
TT

N
không thể bằng

hay T
L
không thể bằng 0K do đó
ct

<1 nghóa là
không thể biến 100% nhiệt năng thành cơ năng.
3.2 CHU TRÌNH CARNOT NGƯC CHIỀU
q
2
q
1
T
L
T
N
4
3
2
1
q = 0
q = 0
q
2
q
1
4

Vậy:
 
  
1
T
T
1
TT
T
ssTT
ssT
l
q
qq
q
L
N
LN
L
43LN
43L1
12
1








Để thấy rõ ý nghóa quan trọng của chu trình Carnot, ta so sánh chu trình
Carnot với một chu trình bất kỳ có cùng nhiệt độ nguồn nóng T
max
và nhiệt độ
nguồn lạnh T
min
.
s
T
1
2
3
4
T
N
T
L
q
1c
q
2c
q
1
q
2
D
A
B
C


2
t


 Đối với chu trình Carnot:
 
12651dtq
c1


 
43654dtq
c2


 
 
12651dt
43654dt
1
q
q
1
c1
c2
c
 So sánh diện tích các hình trên ta thấy:

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -9-
4. MỘT SỐ CÁCH PHÁT BIỂU CỦA ĐỊNH LUẬT NHIỆT
ĐỘNG THỨ 2

1. Nhiệt lượng chỉ truyền từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp
mà không thể tự tiến hành ngược lại. Muốn truyền nhiệt lượng từ nơi có
nhiệt độ thấp sang nơi có nhiệt độ cao thì phải tốn công.

2. Không thể có bất kỳ động cơ nhiệt nào có thể biến toàn bộ nhiệt lượng
nhận được thành công. Việc biến nhiệt thành công bao giờ cũng kèm
theo tổn hao một phần nhiệt lượng do chất môi giới truyền cho nguồn
lạnh.
Đồng nghóa rằng hiệu suất nhiệt của tất cả các động cơ nhiệt phải nhỏ hơn
100%.

3. Trong cùng điều kiện nhiệt độ nguồn nóng T
max
và nguồn lạnh T
min
,
tiến hành các chu trình khác nhau thì chu trình Carnot có hiệu suất cao
nhất.