›
›

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 3: Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học - Nguyễn Xuân Thấu

Download
Chương 3  
NGUYÊN LÝ THỨ HAI  
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
Nguyễn Xuân Thấu BMVL  
1
HÀ NỘI  
2016  
CHƯƠNG 3. NGUYÊN LÝ THỨ HAI NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
NỘI DUNG CHÍNH  
Những hạn chế của nguyên lý thứ Nhất nhiệt động lực học  
Quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch  
Nguyên lý thứ Hai của nhiệt động lực học  
Chu trình Carnot và định lý Carnot  
2
Biểu thức định lượng của nguyên lý Hai  
1NHỮNG HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT  
ĐỘNG LỰC HỌC  
• Nguyên lý thứ nhất không cho ta biết chiều diễn biến của quá trình  
thực tế xảy ra.  
Đó là: Nhiệt chỉ truyền từ vật nóng sang vật lạnh  
• Nguyên lý thứ nhất không đề cập đến sự khác nhau trong quá trình  
chuyển hóa công và nhiệt  
Đó là: Công có thể biến hoàn toàn thành nhiệt nhưng ngược lại nhiệt chỉ  
có thể biến một phần mà không thể biến hoàn toàn thành công được.  
3
• Nguyên lý thứ nhất không đề cập tới vấn đề chất lượng của nhiệt  
Đó là: Nhiệt lượng lấy ở môi trường có nhiệt độ cao có chất lượng cao  
hơn nhiệt lượng đó lấy ở môi trường có nhiệt độ thấp hơn.  
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.1. QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH  
Quá trình thuận nghịch là quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái A sang  
trạng thái B và ngược lại từ trạng thái B sang trạng thái A qua tất cả các  
trạng thái trung gian mà quá trình thuận đã đi qua.  
4
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.1. QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH  
Quá trình thuận nghịch là quá trình cân bằng  
Trên giản đồ trạng thái, đồ thị của quá trình thuận và đồ thị của quá  
trình nghịch sẽ trùng nhau.  
Công và nhiệt hệ nhận được trong quá trình nghịch bằng công và nhiệt  
hệ cấp cho bên ngoài trong quá trình thuận.  
5
Đối với quá trình thuận nghịch, sau khi tiến hành quá trình thuận và  
quá trình nghịch để đưa hệ trở về trạng thái ban đầu thì môi trường  
xung quanh không xảy ra một biến đổi nào  
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.2. QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN NGHỊCH  
Quá trình không thuận nghịch là quá trình khi tiến hành theo chiều  
nghịch, hệ không qua đầy đủ các trạng thái trung gian như trong quá  
trình thuận.  
Công và nhiệt hệ nhận được từ bên ngoài trong quá trình nghịch  
không bằng công và nhiệt hệ cấp cho bên ngoài trong quá trình thuận.  
6
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.2. QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN NGHỊCH  
Đối với quá trình không thuận nghịch, sau khi hệ thực hiện quá trình  
thuận và nghịch đưa hệ trở về trạng thái ban đầu thì môi trường xung  
quanh bị biến đổi.  
7
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.3. VÍ DỤ QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH  
Con lắc dao động không ma sát và  
nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường  
8
Quá trình nén và giãn khí đoạn nhiệt  
vô cùng chậm  
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.3. VÍ DỤ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN NGHỊCH  
- Các quá trình xảy ra có ma sát đều là quá trình không thuận nghịch.  
- Quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh cũng là một quá trình  
không thuận nghịch.  
9
- Quá trình giãn khí trong chân không.  
QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN  
NGHỊCH  
2.4. Ý NGHĨA CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH  
VÀ KHÔNG THUẬN NGHỊCH  
Chiều diễn biến tự nhiên như thế nào?  
Chiều biến đổi của các quá trình tự nhiên là tiến tới trạng thái cân  
bằng. Khi hệ đã ở trạng thái cân bằng thì không thể tự phát xảy ra  
quá trình đưa hệ tới trạng thái không cân bằng.  
10  
Các quá trình thuận nghịch rất quan trọng trong kỹ thuật chế tạo máy  
để nó hoạt động theo các quá trình càng gần với quá trình thuận  
nghịch sẽ có hiệu suất càng cao.  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
Thiết bị hoạt động tuần hoàn có chức năng biến nhiệt thành công hoặc  
ngược lại gọi là máy nhiệt.  
Cấu tạo của máy nhiệt gồm 2 bộ phận chính:  
Tác nhân: Chất vận chuyển làm nhiệm vụ biến đổi nhiệt thành công  
và ngược lại.  
11  
Nguồn nhiệt: Việc trao đổi nhiệt xảy ra với các vật có nhiệt độ khác  
nhau gọi là các nguồn nhiệt (nguồn nóng TH và nguồn lạnh TL)  
Có hai loại máy nhiệt là động cơ nhiệt và máy lạnh.  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
12  
Động cơ nhiệt  
Máy lạnh  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
a) Động cơ nhiệt và cách phát biểu nguyên lý II của Thomson  
Động cơ nhiệt là loại máy nhiệt  
biến nhiệt thành công như máy hơi  
nước, động cơ đốt trong.  
QH là nhiệt lượng tác nhân nhận  
của nguồn nóng (QH > 0).  
13  
QL là nhiệt lượng tác nhân nhận  
của nguồn lạnh (QL < 0).  
A’ là công mà tác nhân sinh ra:  
Động cơ nhiệt  
A’ = QH - |QL|  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
a) Động cơ nhiệt và cách phát biểu nguyên lý II của Thomson  
Hiệu suất của động cơ:  
A QH QL  
    
QH  
QL  
1  
QH  
QH  
14  
Phát biểu của Thomson:  
Không thể chế tạo được một máy hoạt động tuần hoàn biến đổi liên tục  
nhiệt thành công mà không để lại dấu vết gì ở môi trường xung quanh.  
Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại 2  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
a) Máy lạnh và cách phát biểu nguyên lý II của Clausius  
Máy lạnh là loại máy nhiệt tiêu thụ  
công để rút nhiệt bên trong nó nhằm đạt  
được hoặc giữ được nhiệt độ thấp hơn ở  
bên trong.  
QL là nhiệt lượng tác nhân lấy đi từ  
nguồn lạnh (QL > 0).  
15  
QH là nhiệt lượng tác nhân nhận của  
nguồn nóng (QH < 0).  
A = |QH| - QL  
Máy lạnh  
3. NGUYÊN LÝ 2 CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC  
3.1. MÁY NHIỆT  
a) Máy lạnh và cách phát biểu nguyên lý II của Clausius  
Hệ số làm lạnh:  
QL  
   
A
Hệ số làm lạnh có thể lớn hơn 1  
Phát biểu của Clausius:  
16  
Không thể có quá trình mà kết quả cuối cùng duy nhất là truyền nhiệt từ  
nhiệt độ thấp hơn sang nhiệt độ cao hơn.  
4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT  
Nhận xét:  
Hiệu suất của động cơ nhiệt luôn luôn nhỏ hơn 1.  
Hệ số làm lạnh của máy lạnh không thể vô hạn.  
Ma sát và hiệu ứng truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ làm giảm hiệu  
suất.  
17  
Máy nhiệt hoạt động theo các quá trình thuận nghịch sẽ có hiệu quả  
nhất do không gây biến đổi môi trường xung quanh.  
4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT  
4.1. Chu trình Carnot thuận:  
Giãn nở đẳng nhiệt (1-2) ở TH:  
Hệ nhận nhiệt QH từ nguồn nóng.  
Giãn nở đoạn nhiệt (2-3), giảm  
nhiệt độ từ TH đến TL.  
Nén đẳng nhiệt (3-4) ở TL: Hệ  
tỏa nhiệt QL cho nguồn lạnh.  
18  
Nén đoạn nhiệt (4-1) để khép kín  
chu trình, hệ tăng nhiệt độ từ TL  
Chu trình động cơ Carnot  
đối với khí lý tưởng  
đến TH.  
4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT  
4.1. Chu trình Carnot thuận:  
Hiệu suất của chu trình Carnot:  
Xét động cơ hoạt động theo chu trình Carnot (thuận) với nhiệt độ nguồn  
nóng TH và nhiệt độ nguồn lạnh TL .  
Hiệu suất của động cơ:  
A QH QL  
    
QH  
QL  
1  
QH  
QH  
19  
m
V2  
QH  A12 RTH ln  
Nhiệt nhận từ nguồn nóng:  
Nhiệt tỏa ra nguồn lạnh:  
μ
V
1
V3  
m
QL  QL A34 RT ln  
L
μ
V4  
4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT  
4.1. Chu trình Carnot thuận:  
Hiệu suất của động cơ theo chu trình thuận:  
   
   
V
V
3
3
nRT ln  
T ln  
   
L
   
L
QL  
V4  
V4  
   
   
1  
1  
1  
TL  
TH  
QH  
   
1  
   
V2  
V2  
nRT ln  
T ln  
   
H
   
H
V
V
1
1
Hiệu suất của  
chu trình Carnot  
chỉ phụ thuộc vào  
nhiệt độ nguồn  
nhiệt.  
Mặt khác trong 2 quá trình đoạn nhiệt ta có:  
THV21 TLV31 &THV11 TLV41  
20  
 1  1  
V
V
V2  
V2  
   
V V4  
3
3
     
V
V4  
1
   
1
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 45 trang myanh 33840 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 3: Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học - Nguyễn Xuân Thấu", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_vat_ly_dai_cuong_2_chuong_3_nguyen_ly_thu_hai_nhie.pdf