Chương II
Sunday, September 20, 2009
NĂNG LƯNG
NHIỆT LƯNG và CÔNG


Nhiệt lượng và Công là
cách thức năng lượng trao đổi giữa
hệ thống và môi trường, vì vậy nó
cần có một quá trình, một khoảng
thời gian để thực hiện.
§ 2.1. Năng Lượng Của Hệ Thống
Ta xét trường hợp chuyển động của hệ thống có khối lượng m

Theo đònh luật II Newton

dsFdm
2
1
ds
d
m
d
ds
ds
d
m
d
d
mF
s

(2-2)
Nguyễn toàn phong – 1 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công


2
1
2
2
2
1
22
m
2
1
m
2
1
dm
2
1
2
1
ZZ Z Z
³
Z
Z

(2-3)
Biểu thức
2

s
2
1
2
2
dsFm
2
1
(2-5)
Ngoài ra khi hệ được đặt trong trường trọng lực, tổng quát có thêm
ngoại lực khác tác động như hình vẽ

Biểu thức 2-5 được bổ sung thêm


³³
 ZZ
2
1
2
1
z
z
z
z
2
1
2
2
dzmgdzRm

z
zzmgzmgdzmg
2
1
  
³

(2-7)
Biểu thức gọi là thế năng của hệ, có giá trò phụ thuộc
vào trạng thái (chiều cao so với góc đã chọn trước của hệ tại từng thời
điểm xét)
zmgE
t

Biến thiên thế năng được xác đònh


121t2tt
zzmgEEE   '
(2-8)
Thế năng là một thể hiện về năng lượng của hệ, biểu thức 2-7 thể
hiện giá trò biến đổi năng lượng của hệ thống qua biến đổi thế năng,
biểu thức 2-6 được viết lại



³
 ZZ
2
1


UEEE
tđ
''' '
(2-11)
Phương trình 2-9 và 2-11 là những nền tảng đầu tiên của phương
trình bảo toàn năng lượng trong nhiệt động lực học – đònh luật nhiệt
động thứ nhất

Nguyễn toàn phong – 3 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công
§ 2.2. Công
Đối với hệ thống nhiệt động thì công được xác đònh theo biểu thức
vế phải của phương trình 2-2
(2-12)
³

2
1
s
s
s
dsFW
Sự thay đổi năng lượng của hệ thống được xác đònh trên cơ sở hệ quy
chiếu gắn liền với trái đất
; công trong trường hợp tổng quát cũng được
xét trong hệ quy chiếu đứng yên này.
Tuy nhiên, thực tế ta thường gặp trường hợp hệ thống đứng yên, và
vẫn có công trao đổi giữa hệ thống và môi trường o công trao đổi trong
trường hợp này có liên quan trực tiếp đến bề mặt ranh giới của hệ
thống. Trong trường hợp tổng quát công gồm 2 phần: công tác động làm

công trong nhiệt động được đònh nghóa như sau:
Công
: Là
năng lượng trao đổi
đi xuyên qua bề mặt ranh giới có tác
động đối với bên ngoài hệ là nâng được vật nặng.

Nguyễn toàn phong – 5 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công
Tính Tương Đối Của Nhiệt Lượng và Công
(xét trong hệ đứng yên)
Trong chương 1 đã đề cập, năng lượng trao đổi giữa hệ thống và
môi trường là nhiệt lượng và công, và việc xếp loại cũng mang tính chất
tương đối phụ thuộc vào hệ khảo sát
Nhắc lại khái niệm về nhiệt lượng đã được đề cập trong chương 1:
nhiệt lượng là năng lượng trao đổi khi có chênh lệch về nhiệt độ
Khảo sát ví dụ sau

Nguyễn toàn phong – 6 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công
2.2.1 Công trong hệ thống kín – Công thay đổi thể tích
Khảo sát quá trình chuyển động của piston do ảnh hưởng của chất
môi giới tác động lên bề mặt ranh giới như hình sau

Lực tác động lên piston

SpF 
, N (2-13)
Trong đó
p áp suất khối khí,
2
mN

tt
G
: ta tốn công cho hệ thống

Nguyễn toàn phong – 7 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công
Trong quá trình dòch chuyển của piston, các thông số trạng thái p và
v được ghi nhận lại như đồ thò sau

Khi khối khí thay đổi từ trạng thái ban đầu
c
đến trạng thái cuối
d

thì công sinh ra do thay đổi thể tích sẽ là:
,

³

2
1
tt
dvvpw
kgJ
(2-16)
Khi khối khí có khối lượng là G [kg]

tttt
wGW 
, J (2-17)
Đồ thò p-v dưới đây mô tả giá trò của công thực hiện phụ thuộc vào

¹
·
¨
¨
©
§




³
1n
1
1n
2
V
V
n
tt
V
1
V
1
n1
const
V
dV
constW
2
1

2.3.1 Khái Niệm
Nhiệt lượng
: Là lượng năng lượng trao đổi giữa hệ thống và môi
trường khi
có sự chênh lệch nhiệt độ
.
o Cần phân biệt sự khác nhau giữa
nhiệt đo
ä và
nhiệt lượng
.
(2-20)
³
G
2
1
QQ
Quy ước chung về dấu

0Q !
nhiệt lượng được truyền tới hệ thống
0Q 
nhiệt lượng truyền từ hệ thống ra môi trường
Đặc điểm
:
9
Nhiệt lượng không phải là thông số trạng thái
9
Tại một thời điểm o không có khái niệm nhiệt lượng
9

C và 20
o
C)
Nguyễn toàn phong – 10 of 20 Chương II _ Năng Lượng – Nhiệt Lượng Ĩ Công