Bài giảng Nhiệt động lực học và truyền nhiệt - Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics (Part 2) - 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
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.1 Giới thiệu
2.2.2 Các phát biểu của Định luật nhiệt động thứ 2
2.2.3 Chu trình Carnot
2.2.4 Các hệ quả của ĐLNĐ thứ 2
1
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.1 Giới thiệu
ĐLNĐ I chỉ ra trong quá trình nhiệt động, hai dạng năng lượng cơ bản là
nhiệt và công có thể biến đổi qua lại lẫn nhau, tuy nhiên không đề cập đến:
- Chiều hướng của quá trình đang xảy ra,
- Điều kiện cần và đủ để quá trình xảy ra
- Mức độ giới hạn của sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng
khác.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu về các quá trình
nhiệt động và rút ra được một số tính quy luật mà sau
này gọi là định luật nhiệt động thứ hai.
2
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.1 Giới thiệu
The work can be converted to heat directly and
completely, but converting heat to work requires
the use of some special devices. These devices
are called heat engines.
3
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
Truyền nhiệt
đến điện trở
không sinh ra
2.2.1 Giới thiệu
dòng điện
Cup không
thể tự động
nóng hơn khi
môi trường
có nhiệt độ
thấp hơn
q
Để một quá trình có thể diển ra cần phải thoả mãn không chỉ ĐLNĐ
I mà còn phải thoả mãn cả ĐLNĐ II.
4
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.1 Giới thiệu
Định luật nhiệt động 2 cung cấp thông tin:
+ Tiên đoán được phương hướng của các quá trình
+ Thiết lập được các điều kiện đến trang thái cân bằng
+ Xác định hiệu suất lý thuyết tốt nhất có thể của các chu trình nhiệt động.
5
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.2 Các phát biểu của Định luật nhiệt động thứ 2
Phát biểu của Kelvin–Planck:
Không thể có bất kỳ động cơ nhiệt nào biết đổi toàn bộ nhiệt lượng
thành công hay không thể chế tạo động cơ nhiệt có hiệu suất 100%
6
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.2 Các phát biểu của Định luật nhiệt động thứ 2
Phát biểu của Clausius:
Không thể có bất kỳ máy lạnh hay bơm nhiệt nào có thể vận
chuyển nhiệt lượng từ môi trường có nhiệt độ thấp đến môi trường
có nhiệt độ cao hơn mà không tiêu tốn bất cứ năng lượng nào.
Q2
ε
W
Q1
W
7
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
Trạng thái: là một thuật ngữ dùng để chỉ chất môi giới tại một vị trí nào đó
trong hệ thống nhiệt động (được xem là 1 điểm). Trạng thái được xác định bởi
các thông số trạng thái p, v, T, u, i, s.
Quá trình: được đặc trưng bởi 1 trạng thái đầu và 1 trạng thái cuối. Vậy có ít
nhất 2 trạng thái trở lên diễn biến theo 1 quy luật nào đó mới tạo thành 1 quá
trình. VD: quá trình đẳng áp, đẳng tích, đoạn nhiệt …
Chu trình: là tập hợp một số quá trình khép kín với nhau. Vậy có ít nhất 2 quá
trình trở lên để tạo thành 1 chu trình. Như chu trình động cơ đốt trong, chu trình
máy lạnh …
8
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
Quá trình thuận nghịch (Reversible process): là quá trình tiến hành theo
chiều ngược lại nhưng trạng thái của hệ thống và môi trường không biến đổi.
9
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
Quá trình không thuận nghịch (Irreversible process): là quá trình tiến hành
theo chiều ngược lại nhưng trạng thái của hệ thống và môi trường biến đổi.
10
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
Năm 1824 Sadi Carnot, kỹ sư người Pháp, đề xuất một loại máy nhiệt lý tưởng được gọi
là chu trình Carnot, chu trình này gồm có 4 quá trình, trong đó có 2 quá trình đoạn
nhiệt thuận nghịch và 2 quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch xếp xen kẻ nhau.
* CHU TRÌNH CARNOT THUẬN CHIỀU
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
p
* CHU TRÌNH CARNOT THUẬN CHIỀU
q1
1
2
Quá trình giãn nở đẳng nhiệt 1-2 (TN =
const), chất môi giới tiếp xúc với nguồn
nóng và nhận nhiệt lượng q1.
q = 0
q = 0
4
3
q2
q1
Quá trình giãn nở đoạn nhiệt 2-3 (không có
sự trao đổi nhiệt với môi trường xung
quanh, q = 0).
v
T
1
Quá trình nén đẳng nhiệt 3-4 (TL = const),
chất môi giới tiếp xúc với nguồn lạnh và
nhả nhiệt q2.
2
3
TN
TL
Quá trình nén đoạn nhiệt 4-1 (q = 0).
4
q2
12
s
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
Tính hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot thuận chiều:
q1 q2
q2
q1
w
ct
1
q1
q1
q 2Tds T ds
2
q
T
ds q T.ds
12
1
1
2
q T ds TN s2 s1
N
1
1
4
q T ds TL s4 s3
TL 3
s s4
TL 2
s s1
L
2
3
chỉ phụ thuộc nhiệt độ
nguồn nóng và nhiệt
độ nguồn lạnh.
13
TL 2
s s1
TN TL
TL
1
TN
ct 1
TN 2
s s1
TN
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
14
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU
T
p
q1
q1
1
1
4
2
3
TN
2
q = 0
q = 0
4
TL
3
q2
q2
s
v
15
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU
Tương tự như chu trình Carnot thuận chiều, ta tính được:
3
q T ds TL s3 s4
L
1
4
1
q T ds TN s1 s2
TN 2
s s1
TN 3
s s4
N
2
2
T s s
L 4
q1
q1
TL
TN TL
1
chỉ phụ thuộc nhiệt độ
nguồn nóng và nhiệt
độ nguồn lạnh.
3
TN
TL
q q w T T s s
L 4
2
1
N
3
1
16
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU
17
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU
18
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* CHU TRÌNH CARNOT NGƯỢC CHIỀU
The amount of energy consumed by the refrigerator can be minimized
by practicing good conservation measures
1. Open the refrigerator door the fewest times possible
2. Cool the hot foods to room temperature first
3. Clean the condenser coils
4. Check the door gasket
5. Avoid unnecessarily low temperature settings.
6. Avoid excessive ice build-up
7. Use the power-saver switch
8. Do not block the air flow passages
19
TS Nguyễn Văn Hạp – BM CN Nhiệt Lanh – ĐH Bách Khoa Tp.HCM
Chapter 2: The first and second laws of thermodynamics
2.2 The second laws of thermodynamics
2.2.3 Chu trình Carnot
* Ý NGHĨA CỦA CHU TRÌNH CARNOT
So sánh chu trình Carnot với một chu trình bất kỳ có cùng nhiệt độ
nguồn nóng T
và nhiệt độ nguồn lạnh T .
max
min
T
Chu trình tuabin khí ABCD có nhiệt độ
nguồn nóng cực đại Tmax và nhiệt độ
nguồn lạnh cực tiểu Tmin.
q1c
q1
1
2
TN
B
C
Đối với chu trình tuabin khí
A
q1 dt
AB65A
q2
D
4
TL
3
q2 dt
DC65D
q2c
q2
t 1 1
q1
dt
dt
DC65D
6
5
s
AB65A
20
Tải về để xem bản đầy đủ
25 trang
21340
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 2) - 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
