Bài giảng Nhiệt động lực học và truyền nhiệt - Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics (Part 1) - Nguyễn Văn Hạp
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1 The first laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
1/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
2.1.1 Heat
“Heat is defined as the form of energy that is transferred across the
boundary of a system at a given temperature to another system (or the
surroundings) at a lower temperature by virtue of the temperature
difference between the two systems.”
q
A
B
tA > tB
Unit: cal, J,
1cal = 4,186J,
W = J/s; kcal/h; 1kW = 860kcal/h
1BTU = 1,055kJ
q < 0 (negative), heat lost
q > 0 (positive), heat gained
2/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
2.1.1 Heat
- Calculating heat using the entropy changes
2
Reversible processes
q = T.ds
q T.ds
T
1
2
cQ = T.dS
Chú ý:
1
+ Không sử dụng phương pháp này cho quá trình
không thuận nghịch.
2
1
Dieän tích = f T.dS
+ Nhiệt lượng không chỉ phụ thuôc vào điểm đầu
và điểm cuối mà còn phụ thuộc vào quá trình (vì
khi đó các quá tình khác nhau sẽ có diện tích
khác nhau).
Heat is a path function
3/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
2.1.1 Heat
- Calculating heat using the temperature changes
q = c.t, or Q = G.q
where:
C: heat capacity (J/K or J/oC (nhiệt dung riêng)
c: specific heat capacity (J/kg.K or J/kg.oC
“The specific heat capacity of a substance is the amount of
energy needed to change the temperature of 1 kg of the substance
by 1°C”
* Chú ý: không được sử dụng công thức này tính nhiệt lượng
khi quá trình có sự biến đổi pha.
4/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
2.1.2 Work
Trong cơ học Công (w) = lực x
quãng đường theo chiều tác động
của lực.
q
MT
HND
2
w
W F.dx
1
w < 0 (w negative), nhận công
Unit: J = Nxm
w > 0 (w positive), sinh công
5/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
2.1.2 Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống kín:
+ Công do sự thay đổi thể tích:
P = F/A F = P.A
F = P.A
dx
Công = lực x quãng đường
6/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
* Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống kín:
+ Công do sự thay đổi thể tích:
W = F.dx = P.A.dx = p.dV (A.dx = dV) W = p.dV
2
W P.dV (J)
W12 = P. V
12
1
V > 0, V, W>0 : sinh công (công giãn nở)
V < 0, V, W<0: nhận công (công nén)
V = 0, V=const, W=0
W V
7/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
*Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống kín
V2
Biểu diễn công trên đồ thị p-v:
P
w pdV
1
V1
p2
Giãn nở: v, w>0, sinh công
pdv
Nén: v, w<0, nhận công
p1
2
v1
v2
v
dv
8/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
*Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống kín
P
Biểu diễn công trên đồ thị p-v:
1
p2
p1
w1a2 < w1b2 < w1c2
c
b
a
* Chú ý: công không phải là thông số
trạng thái, nên công thay đổi thể tích
không chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và
điểm cuối mà còn phụ thuộc vào quá
trình biến đổi từ 1 đến 2.
2
v1
v2 v
Work is a path function
9/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
*Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống hở
* Công kỹ thuật (biến đổi về áp suất):
Đối với hệ thống này công được chia ra thành 2 thành phần:
+ Wlđ: công lưu động, đây là thành phần liên quan đến áp
suất của chất môi giới tác động lên bề mặt ranh giới ở đầu vào
và ra của hệ thống.
+ Wkt: gồm tất cả các thành phần còn lại, gọi là công kỹ
thuật. Như công có liên quan đến trục quay, do sự dịch chuyển
của bề mặt ranh giới…
10/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
* Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống hở
* Công kỹ thuật (biến đổi về áp suất):
Out
In
wkt dwld vdp d(vp) pdv wtt
2
w vdp
kt
1
11/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1. The first law of thermodynamics
* Các phương pháp tính công
a) Công trong hệ thống hở
p2
wkt = -v.dp
w p v.dp
kt
1
dp > 0, p, wkt < 0
Nếu
dp < 0, p, wkt > 0
dp = 0, p = const, wkt
= 0
12/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ kín:
+ Đối với hệ kín năng lượng chỉ bao gồm nhiệt lượng, công do sự thay đổi thể
tích, độ biến thiên nội năng và các loại công khác nếu có.
+ Giả sử cung cấp cho hệ 1 nhiệt lượng Q làm cho hệ biến đổi năng lượng và tạo ra
công W (công do sự thay đổi thể tích). Trên cơ sở định luật bảo toàn năng lượng ta
có:
W
Q = E2 - E1 + W
Q
Định luật bảo toàn năng lượng
13/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ kín:
Đối với hệ kín, độ biến thiên động năng và thế năng thì
không đáng kể chủ yếu là nội năng, nên ta suy ra được:
Q = U2 - U1 + W (1)
Đây gọi là phương trình ĐL NĐ1 cho hệ kín
Đối với một lượng biến đổi chất môi giới:
q = du + w (2)
Trong đó:
w = pdv
Khí lý tưởng:
du = cvdt
q = cvdt + pdv
q12 = cvt + w
14/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ kín:
Hệ thống hoạt động ổn định, KE = PE = 0
Q = U2 - U1 + W
ĐS: 400kJ
15/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
16/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ hở:
nQvào = nQra
Từ (2) ta có: q = du + pdv = du +pdv + vdp – vdp
= du + d(pv) – vdp
= d(u + pv) - vdp
Đặt i = u + pv : enthalpy (kJ/kg, kcal/kg)
(Là 1 thông số trạng thái không đo được và được tính theo
biễu thức giữa nội năng và tích số pv)
q = di – vdp (3)
Hay q = i + wkt
Đây là phương trình nhiệt động thứ I viết ho hệ hở
17/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ hở:
nQvào = nQra
i
i
18/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ hở:
* Khí lý tưởng:
di = cpdt
q = di – vdp
= cpdt – vdp
2
q12 cpt - vdp
1
Đối với khí lý tưởng:
Đối với khí thực:
i = cpt
i = i2 – i1
19/66
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.1.3 The first law of thermodynamics
2.3.1 Hệ hở:
The work is zero,
No heat transfer across the control surface.
The first law reduces to
m i m i
i i
e e
20/66
Tải về để xem bản đầy đủ
65 trang
25800
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Nhiệt động lực học và truyền nhiệt - Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics (Part 1) - Nguyễn Văn Hạp", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_nhiet_dong_luc_hoc_va_truyen_nhiet_chapter_2_the_f.pdf
