-

63
-

CHƯƠNG 6
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI

6.1: CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG.
6.1.1: Đònh nghóa về chu trình.
Trong các máy nhiệt để sinh công một cách liên tục, chất môi gới sau khi giãn
nở cần phải tạo ra quá trình để đưa chất môi giới về trạng thái ban đầu. Nó có nghóa
là chất môi giới phải tạo các quá trình kín, hay nói cách khác là nó thực hiện một chu
trình.
6.1.2: Chu trình thuận chiều.
Chu trình thuận chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành
theo chiều kim đồng hồ. (Hình 6.1. a). Hình 6.1: Chu trình thuận chiều và nghòch chiều
Chu trình này có đường cong giãn nở nằm trên đường cong nén nên công nhận
được có giá trò dương ( l > 0). Các động cơ nhiệt đều làm việc theo kiểu này.
6.1.3: Chu trình nghòch chiều.
Chu trình nghòch chiều là chu trình bao gồm các quá trình có chiều tiến hành


b
l>0

q
1
q
2

v
1
v
2
v

v

b

q
2

q
1
l<0

v
1
v
2

ll
1 1

 l
CT
=


n
i
i
l
1
=


n
i
KTi
l
1
(6-1)
Công của chu trình bằng tổng công các quá trình.Có thể xác đònh theo tổng
công thay đổi thể tích hoặc tổng công kỹ thuật
 Công của chu trình thuận chiều ở hình 6.1 a
l
CT
= l
1a2
– l

) – dt(2.a.1v
1
.v
2
)
mà : dt(2.a.1.v
1
.v
2
) > dt(1.b.v
2
.v
1
)
 l
CT
= dt(1b2a) < 0
b)
Cách 2
:
Công chu trình tính theo nhiệt lượng:
Ta có: dq = du + pdv




 pdvdudq

Với chu trình



6.1.5: Hiệu suất nhiệt, hệ số làm lạnh, hệ số bơm nhiệt.

a) Hiệu suất nhiệt: Để đánh giá mức độ hoàn thiện của chu trình thuận chiều,
người ta đưa ra đại lượng gọi là hiệu suất nhiệt, kí hiệu :

t


t
=
1
21
1
q
qq
q
l
CT




t
=
1
2
1
q
q

 =
21
11
qq
q
l
q
CT


(6-5)
Mối quan hệ giữa  và 

 =  + 1 (6-6)
6.1.6: Chu trình Carnot.
a) Chu trình carnot thuận nghòch thuận chiều
:
Là chu trình bao gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt xen kẽ nhau. (có
chiều theo chiều kim đồng hồ).
- Quá trình đầu tiên là quá trình giãn nở đẳng nhiệt, chất môi giới hoàn toàn tiếp
xúc với nguồn nóng nên chất môi giới nhận nhiệt q
1
từ nguồn nóng. (T
1
= const)
- Quá trình thứ hai sẽ là quá trình giãn nở đoạn nhiệt, chất môi giới đi từ nguồn
nóng T
1
đến nguồn lạnh có nhiệt độ T
2

1
= T
1
(s
b
– s
a
) = T
1
(s)

q
2
= T
2
s
d
-s
c
 = T
2
s
Vậy: 
t
=
1
2
1
T
T

q
1


s


b
c

dq=0
c

d

T
1

T
2

Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

-

66
-


Hệ số làm lạnh:
Ta có:
 =
21
2
qq
q


Tương tự:  q
1
 = T
1
s
q
2
= T
2
s
Vậy:
 =
21
2
TT
T

(6-8)
Nhận xét:  của chu trình Carnot ngược cũng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T
1
, T


T
1
=c
T
2
=c
v

p
T
Y

s

b

q
2

q
1


s


b
c



A: Trạng thái không cân bằng
B: Trạng thái cân bằng
Đi từ A đến B: tự nhiên
Đi từ B đến A: cần năng lượng từ ngoài.
Đònh luật được rút ra từ thực nghiệm và có thể phát biểu bằng các cách như
sau:
+ Nhiệt lượng luôn đi từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. (Muốn
làm ngược điều này ta phải tiêu hao một năng lượng)
+ Không thể có máy nhiệt chạy tuần hoàn có khả năng biến đổi toàn bộ nhiệt
cấp cho máy thành công mà không mất một phần nhiệt truyền cho vật khác. (l < q
1
)
6.2.2: Độ biến thiên entropy của hệ nhiệt động.
Chiều hướng xảy ra của các quá trình là sự biến đổi từ trạng thái không cân
bằng đến trạng thái cân bằng. Khi quá trình biến đổi là thuận nghòch công thu được sẽ
lớn nhất. Ngược lại quá trình tiến hành càng xa sự thuận nghòch thì công nhận được
càng nhỏ (do công tiêu hao lớn). Đại lượng biểu thò độ không thuận nghòch của quá
trình là entropy.
Đối với chu trình Carnot thuận nghòch ta có:

1
21
1

-

68
-


1
2
1
2
T
T
q
q



1
1
2
2
T
q
T
q

= 0
Ở đây q
2
là nhiệt nhả có giá trò âm


+
22
22
21
21
T
dq
T
dq

+ … +
2n
2n
1n
1n
T
dq
T
dq

= 0
Hay:

T
dq
= 0 (b)
Ở đây
T
dq

= 0 (6-11)
b/ Đối với quá trình không thuận nghòch: Vì là quá trình không thuận nghòch
nên luôn tồn tại một phần công tiêu hao (do ma sát,…) nên độ biến đổi entropy sẽ là:
ds >
T
dq
(6-12)
- Đối với chu trình không thuận nghòch:


T
dq
< 0 (6-13) Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM

-

69
-

Tổng quát:

(6-14) Dấu “ =” đối với quá trình hay chu trình thuận nghòch.

0
– T
0
(s – s
0
) , (J/kg) (6-15)

 e =  i – T
0
s (6-15)
b/ Exergy của nhiệt lượng q: Công lớn nhất sinh ra của nhiệt lượng q cũng
chính là exergy của nhiệt lượng q. (e
q
)
e
q
= q (1 -
T
T
0
) , (J/kg) (6-17)
Trong đó: T: Nhiệt độ ban đầu của nhiệt lượng q
T
0
: Nhiệt độ môi trường.
Giá trò của exergy có thể dương hoặc âm, điều này phụ thuộc vào nhiệt độ ban
đầu so với nhiệt độ môi trường.
- Vật chưa ở trạng thái cân bằng môi trường:
e  0
ds >

– e
2
(6-18)
hay: l
max1-2
= i
1
– i
2
– T
o
(s
1
– s
2
) (6-19)
- Nếu là quá trình không thuận nghòch do có tổn thất exergy (
e
t
) nên:
l
max1-2
> l
12

Mức độ tổn thất exergy:

e
t
= T

o
: Nhiệt độ môi trường.
d/ Hiệu suất exergy
:
Hiệu suất exergy được xác đònh theo công thức sau:
Công thức:


e
=
v
r
e
e
(6-22)
e
r
: Tổng exergy lấy ra (công hữu ích)
e
v
:Tổng exergy đem vào (công cấp vào).
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Thu vien DH SPKT TP. HCM - http://www.thuvienspkt.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM