Chương III
Monday, September 21, 2009
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I &
CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ
BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG


Nhiệt động lực học được xây dựng
trên nền tảng là 2 đònh luật:
Đònh luật nhiệt động thứ nhất (thực chất
là đònh luật bảo toàn năng lượng) và
Đònh luật nhiệt động thứ hai (đưa ra các
điều kiện và giới hạn trong các chu trình
biến đổi năng lượng).
§ 3.1. Tәng Quan
Phương trình 2-9 và 2-11 bước đầu đã thiết lập mối quan hệ giữa các
thành phần trong biến đổi năng lượng của hệ thống



³
 ZZ
2
1
z
z
12
2
1
2
2


Như vậy đònh luật nhiệt động thứ nhất có thể phát biểu: biến thiên
năng lượng của hệ thống bằng tổng năng lượng trao đổi với hệ thống (lưu ý
về dấu)

WQUEEE
tđ
 ''' '
(3-3)
Các lưu ý khi sử dụng phương trình 3-3
i. Biến thiên năng lượng của hệ thống
'
E được xét trong hệ quy
chiếu đứng yên
ii.
Nhiệt lượng Q trao đổi liên quan trực tiếp qua bề mặt ranh giới của
hệ thống
iii.
Công W bao gồm hai thành phần:
x
Công W
E
tác động làm thay đổi động năng và thế năng của cả hệ
x
Công W
U
tác động trực tiếp lên bề mặt ranh giới nên được xét
trong hệ quy chiếu gắn liền với hệ thống. Trong trường hợp này
công chỉ làm thay đổi nội năng của hệ
Phương trình 3-3 được viết cụ thể lại

W
w
J,WW
tt
tt
ttU (3-6)

dVpdsApdsFW
tt
   G
, J (3-7)

dvp
G
dV
p
G
W
w
tt
tt
 
w
G
,
kgJ
(3-8)

wduq G G
,
kgJ
(3-9)
Viết cho G kg chất môi giới:

tt
WdUQ G G
, J [W] (3-10)
Phát biểu đònh luật I
:
Nhiệt lượng
hệ thống nhận được bằng
Công

sinh ra và năng lượng tích tụ lại trong hệ thống ở dạng
Nội năng
.
Nguyễn toàn phong – [email protected] 5 of 32 Chương III _ ĐL NĐ I & QT NĐ CB
3.2.3 Nội Năng
Là thông số trạng thái
, đặc trưng về mặt năng lượng của hệ thống
(năng lượng nội tại của chất môi giới).
Nội năng có thể bao gồm năng lượng của lớp vỏ nguyên tử, năng
lượng của hạt nhân nguyên tử (liên quan đến phản ứng hạt nhân), động
năng chuyển động hay lực tương tác của các nguyên tử, phân tử.


khoảng cách trung bình giữa các nguyên tử hay phân tử khí


vfu
tNhư vậy
nội nhiệt năng
là một hàm của nhiệt độ và thể tích:


v,Tfuuu
tđ

(3-11)
Trong trường hợp không có biến đổi pha, lượng biến đổi nội năng
của chất khí xác đònh như sau:

dv
v
u
dT
T
u
du
Tv

¸
¹

¨
©
§
w
w


(3-13)
Biểu thức trên được viết lại:

dv
v
u
dTcdu
T
v

¸
¹
·
¨
©
§
w
w

(3-14)
Trong trường hợp khí lý tưởng
, do bỏ qua lực tương tác giữa các
nguyên phân tử nên nội năng là hàm của nhiệt độ – nội năng của khí lý

dAdV Z
,
sm
3
(3-17)

cn
dAdG ZU ,
skg
(3-18)
Trong đó
dA
c
tiết diện khảo sát dòng lưu chất đi qua, m
2

dG
khối lượng chuyển ngang qua tiết diện dA
c
trong một đơn vò
thời gian,
skg

dV thể tích chuyển qua tiết diện dA
c
trong một đơn vò thời gian,
phụ thuộc vào trạng thái (U,
3
mkg
)

ZU
cc
A
cn
A
dAdGG
,
skg
(3-20)
 Lưu lượng dòng lưu chất chuyển động trong ống
Khi chuyển động trong ống, do ma sát giữa các lớp chất lỏng nên
vận tốc phân bố trên tiết diện ngang không giống nhau, bằng không ở vò
trí vách (bám sát vách) và lớn nhất ở vò trí tâm ống

Trong thực tế tính toán thì chuyển sang sử dụng vận tốc trung bình
theo biểu thức sau

³
Z Z
c
A
cn
c
tb
dA
A
1
,
sm
(3-21)

trung bình

Mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng và lưu lượng thể tích

]kgm[v
]sm[V
]sm[V]mkg[]skg[G
3
3
33
uU
(3-24)

3.3.2 Đònh luật bảo toàn khối lượng biến thiên
trong không gian khảo sát
Giữa năng lượng và khối lượng có thể chuyển đổi qua lại theo biểu
thức nổi tiếng của Albert Einstein

2
cmE 
(3-25)
Phương trình trên giải thích sự giảm khối trong phản ứng hạt nhân,
trong nội dung môn học này không khảo sát phản ứng hạt nhân nên khối
lượng được được xem là bảo toàn
Khảo sát một không gian hở với 1 ngõ vào và 1 ngõ ra như minh
họa, trong khoảng thời gian từ
W
đến
W'W
biến thiên khối lượng được


W
(3-26c)
Trong đó
Wd
dm
cv
biến thiên khối lượng trong không gian khảo sát theo thời
gian,
skg

i
m

lưu lương khối lượng đi vào không gian khảo sát,
skg

e
m

lưu lương khối lượng ra khỏi không gian khảo sát,
skg

Phương trình 3-26c có sự thay đổi ký hiệu như sau

ei
GG
d
dG


0
d
dG

W
,
tổng lưu lượng dòng vào
bằng tổng lưu lượng dòng ra

¦¦

ravào
GG
,
skg
(3-28)

3.3.3 Công của dòng lưu động
Năng lượng của dòng lưu động
 Công của dòng lưu động
Không giống như hệ thống kín, đối với hệ thống hở thì lưu chất có
sự chuyển dời vào và ra khỏi hệ thống
o
cần có lực tác động đẩy lưu chất Nguyễn toàn phong – [email protected] 12 of 32 Chương III _ ĐL NĐ I & QT NĐ CB