TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
CHƯƠNG 2
CHƯƠNG

2
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT
CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG
1. Công
2hiệ l
2
. N
hiệ
t
l
ượng
3. Nhiệt dung riêng
4. Định luật nhiệt động thứ nhất
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
5. Các quá trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Dạng năng lượng cơ bản tham gia vào quá trình nhiệt động:
- Công
Nhiệtlượng
-
Nhiệt

lượng
Công và nhiệtlượng trao đổi giữa chấtmôigiới
v
à

mNJJoule


)(
Power
J

3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
)(
sec
W
Wat
t
J
W



Example of work crossing the boundary of a system.
Example of work crossing the boundary of a system
Example

of

work

crossing

the

piston
p: áp suất của chất môi giới
V: thể tích chất môi giới
Wtt = diện tích (122’1’)
Lực tác động lên bề mặt piston: F = p.A
Công tạo nên khi piston dịch chuyển một đoạn dx:
dV.
p
dx.A.
p
dx.FW
tt





2
V
dV
W
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân


1
V
tt
dV
.

(b)
(a)


2
1
V
V
tt
dV.
p
W
1
2
v
Wtt = diện tích (122’1’)
Nhận xét :
Do áp suất tuyệt đối p luôn luôn dương, nên :
dv > 0  W > 0 : hệ dãn nở thì sinh công.
dv < 0  W < 0 : h
ệ
nén é
p
thì nh
ậ
n côn
g
.
ệ p ậ g
Từ cách biểu diễn công dãn nở trên đồ thị pv, nếu tiến hành các quá trình khác nhau

ố
G: lưu lượng kh
ố
i lượng
F : lưu lượng thể tích
v: thể tích riêng
F: diện tích tiết diện ngang
 :vận tốc dòng khí
Công lưu động trong trường hợp chất khí di chuyển trong các ống thỏa các điều kiện sau:
•Chất khí lưu động liên tục và ổn định.
•
Tiếtdiện ngang của ống thay đổimột cách liên tục.
Tiết

diện

ngang

của

ống

thay

đổi

một

cách


đã

nhận

được

một

công
dW
lđ
= (p + dp).(F + dF).(  + d) - pF
Bỏ qua các vi phân cấp hai và cấp ba, ta có
dW
lđ
= d(pF

) = d(pGv)
dW
lđ
= G.d(pv)
Nếu xét cho một đơn vị khối lượng
dw
lđ
= d(pv)
Vậy trong một quá trình 1  2 nào đó thì
8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
w
lđ

d
ụng
đ
ượcgọ
i
là
c
ô
ng
kỹ
t
h
u
ậ
t.
dw
kt
= dw – dw
ld
=
pdv
–
d(pv)

pdv

d(pv)
= pdv – pdv – vdp

2

p
<
0


w
kt
>
0
:
khi
dã
n n
ở

(áp

suấ
t
g
i
ả
m
)
thì
s
inh
cô
n
g

g
ì?
ệ ợ gg
-Nhiệt lượng là lượng năng lượng đi xuyên qua bề mặt
ranh giới
khi giữachất môi giớivàmôitrường có sự chênh
ranh

giới

khi

giữa

chất

môi

giới

và

môi

trường

có

sự


cho

G

kg

chất

môi

giới
q: cho 1kg chất môi giới
Ta qui ước :
ế
Q > 0 : n
ế
u đó là nhiệt do hệ nhận vào.
Q < 0 : nếu bản thân hệ tỏa nhiệt.
Đơn v
ị
: Joule
(
J
)
10
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
ị ()
Các loại trao đổi nhiệt: dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
An example showing the difference between heat and work

Tính

nhiệt

lượng

theo

sự

thay

đổi

nhiệt

độ
δq
=
Cdt
δq

Cdt
13
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
 Nhi
ệ
t dun
g

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
quá

trình

nào

đó

và

ngược

lại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Phân loại nhiệt dung riêng:
Theo đơn vị đo lường vật chất:
NDR khốilượng
C(J/kgđộ): khi đơnvị đolường vậtchấtlàđơnvị khốilượng (kg)
-
NDR

khối

lượng
,
C

(J/kg
.


(J/kmol.độ): khi đơn vị đo vật chất là 1 Kmol.

Giữa 3 loại NDR này có mối quan hệ sau:
C

=

C = 22,4.C’
Theo quá trình thay đổi nhiệt độ của môi chất
-
NDR đẳng áp
C
: khi quá trình thay đổi nhiệt độ là đẳng áp
-
NDR

đẳng

áp
,
C
p
:

khi

quá

trình

, C
v
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
* NDR đẳng áp và NDR đẳng tích quan hệ như sau :
C
k
C
C
v
p

Với k: hệ số đoạn nhiệt.
- Ở khí thực, giá trị k phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ
của chất khí.
- Ở KLT, k chỉ phụ thuộc bản chất (cấu tạo phân tử) của
ch
ấ
t khí.
16
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
 Bảng số liệu giá trị thực nghiệm
ố ấ
Khí lý tưởng (µc)
p
, kcal/kmol.độ (µc)
v
, kcal/kmol.độ k
Loại có 1 nguyên tử
5

3

nguyên

tử
9
7
1
,
3
Khí lý tưởng (µc)p, kJ/kmol.độ (µc)v, kJ/kmol.độ k
Bảng NDR kmol của một số loại chất khí (kJ/kmol.độ)
Loại có 1 nguyên tử 20,9 12,6 1,6
Loại có 2 nguyên tử 29,3 20,9 1,4
Loại có 3 nguyên tử 37,7 29,3 1,3
Nhóm 1 nguyên tử: gồm các khí như Ar, Ne, He,…
h ồ kh h
hkh
17
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
N
h
óm 2 nguyên tử: g
ồ
m các
kh
í n
h
ư O
2


n
1i
viivnn2v21v1v
CgCg CgCgC



n
1
i
piipnn2p21p1p
CgCg CgCgC

1
i

n



1i
iihh
C
g
C
18
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Đ

thà
n
h
n
hữ
ng
d
ạng n
ă
ng
l
ượng
khá
c
)
.
Một

lượng nhiệt năng mất đi sẽ sinh ra một lượng tương đương dạng năng lượng dưới
các dạng khác và ngược lại “.
Định luật bảo toàn năng lượng
WQE



Với hệ nhiệt động
12
UUUE




l
ượng
Q
th
am g
i
a
(
c
ó

thể
n
hậ
n
h
o
ặ
c m
ất)
,
-Và một công ngoài W tác động vào môi trường ( có thể cho hoặc nhận).
Nếu ở trạng thái 1 và 2, hệ nhiệt động có năng lượng toàn phần tương ứng bằng U
1
và U
2
thì:
Đ
ị

nh lu
ậ
t nhi
ệ
t đ
ộ
n
g
1 tron
g
h
ệ
kín
ị ậ ệ ộ ggệ
Do không có trao đổi về chất giữa hệ và môi trường:
dw
= dw = pdv
dw
n
=

dw

=

pdv
Do đó, với hệ kín phương trình Định luật nhiệt động 1 có dạng :
dq
=
du

h
ở
ị ậ ệ ộ ggệ
Do có trao đổi về chất giữa hệ và môi trường nên môi chất phải tiêu tốn công
lưu động và ta chỉ còn có thể sử dụng phần còn lại. Tức công ngoài trong trường hợp này
ấ ằ
x
ấ
p xỉ b
ằ
ng công kỹ thuật
dw
kt
= -vdp
Đối chiếu với d
q
= di
–
vd
p
ta đư
ợ
c:
q
p
ợ
dq = di + dw
kt
Nếu công kỹ thuật này chỉ làm thay đổi động năng chất môi giới, ta có
d

đã

chứng

minh

được
du = C
v
.dT; di = C
p
.dT
Nên các biểu thức viết cho KLT có thêm các dạng sau
22
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
dq = Cv.dT + pdv
dq = Cp.dT – vdp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Một ố át ì h hiệt độ ơ bả ủ khí lý t ở
Một
s
ố
qu
á

t
r
ì
n
h

phần

này

nhằm:
- Tìm quy luật của quá trình, thể hiện bằng các phương
trình quá trình
trình

quá

trình
.
- Tìm quan hệ ràng buộc giữa các thông số của quá trình.
Tí h á kế ả ề ặ ă l khi á ì h ả
-
Tí
n
h
c
á
c
kế
t qu
ả
v
ề
m
ặ
t n

.dT = C
p
.dT – vdp

Từ PT nhiệt động thứ nhất đối với KLT
dq = C
v
.dT + pdv

C
n
.dT = C
v
.dT + pdv








vdpdTCC
pn







d
constn
pdv
v
d
p



 vdp + npdv = 0
Chia 2 vế đẳng thức trên cho tích pv
0
dv
n
d
p

0
v
n
p
p


Lấ
y
tích
p
hân 2 vế ta có
yp