Chơng Nguyên lý thứ nhiệt động lực học Bi giảng Vật lý đại cơng Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trờng ĐH Bách khoa H nội Đ1.Khái niệm lợng-công v nhiệt Năng lợng: ã Đặc trng cho mức độ vận động vật chất hệ.-> trạng thái xác định, lợng xác định =>Năng lợng l hm trạng thái ã Hệ không chuyển động, không đặt trờng lực -> Năng lợng hệ nội cđa hƯ: W = U C«ng vμ nhiƯt: Khèi khí đẩy pít tông -> sinh công -> nội giảm -> trao đổi lợng; Nén: nhận công ãNung nóng khối khí, giữ V=const ->Chuyển động hỗn loạn tăng ->T tăng ->trao đổi lợng: nhận nhiệt ãSự tơng đơng công v nhiệt: 4,18j 1calo Công v nhiệt l đại lợng đo mức độ trao đổi lợng Chúng l lợng Chúng l hm trạng thái m l hm trình Công liên quan đến chuyển động có trật tự Nhiệt liên quan đến chuyển động hỗn loạn Đ2 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học Trong học: Độ biến thiên lợng hệ công m hệ trao đổi trình đó: W = W2- W1= A -> Nhiệt? Phát biểu nguyên lý thứ nhiệt động lực học: Độ biến thiên lợng hệ trình biến đổi tổng công v nhiệt hệ nhận đợc trình W = W2- W1= A +Q A, Q -C«ng vμ nhiƯt hệ nhận đợc => A=-A, Q=-Q Công v nhiệt hệ sinh & toả ã Hệ đứng yên W=U (nội năng) ã => Trong trình biến đổi, độ biến thiên nội hệ tổng công v nhiệt hệ nhận đợc trình đó: U = U2-U1= A+Q Đối với trình biến đổi vô nhá: dU = δA + δQ ý NghÜa nguyªn lý I NĐLH: ã Nếu A>0, Q>0 => U = U2-U1>0 nội tăng, Hệ nhận công v nhiệt Công sinh A U2=U1 Nội bảo ton ã Định luật bảo ton v chuyển hoá lợng: Năng lợng không tự sinh v không tự đi, chuyển hoá từ dạng ny sang dạng khác, truyền từ hệ ny sang hệ khác 3 Hệ nguyên lý thứ nhiệt Động Lực học: Không tồn động vĩnh cửu loại I: Giả sử hệ thực chu trình kín v trở lại trạng thái ban đầu; Tức U2=U1-> U = => A=-Q hay -A = Q; Nh hệ nhận công toả nhiệt, sinh công phải nhận nhiệt Trong hệ cô lập gồm vật trao đổi nhiệt, nhiệt lợng vật ny toả nhiệt lợng vËt thu vμo: ΔU = => Q1 =-Q2 Đ3 ứng dụng nguyên lý thứ I nhiệt động lực học Trạng thái cân bằng, trình cân a Định nghĩa: Trạng thái cân hệ l trạng thái thông số trạng thái không biến đổi theo thời gian Trạng thái cân bị phá vỡ chịu tác động từ bên ngoi Quá trình cân l trình biến đổi gồm chuỗi liên tiếp trạng thái cân Thực tế trình CB; QT biến đổi chậm: Trạng thái CB đợc thiết lập ton hệ trớc chuyển sang trạng thái CB QT giả cân b Công m hệ nhận đợc trình CB F áp suất tác dụng lên pÝt t«ng p = F/S dl A = -pdV Công hệ nhận đợc trình V1=> V2 V2 V1 A = ∫ dA = ∫ − pdV p A>0 p AU = Q V ã Biến thiên nội năng: U = m iR T ãNhiệt nhận đợc: T = T2 T1 m Q = C vT iR Cv = trình đẳng áp V V1 V3 = = ã p = const T T1 T3 p ã V/T = const (ĐL Gay-Lussac) ã Công nhận đợc: A=-p(V2-V1) ã Nhiệt hệ nhận đợc: Q= U -A v2 v1 v3 V m iR Q= ΔT +p(V2-V1) m m iR μ m pΔV = RΔT μ Q= μ ΔT + μ RΔT m iR m m Q = ( + R ) ΔT = ( C V + R ) ΔT = C P Δ T μ μ μ => R=CP-CV C P = i + R HÖ sè Poisson CP i + γ= = CV i trình đẳng nhiệt p1V1=p2V2=pV ã T=const =>T1=T2 =T p ã pV=const (ĐL Boyle-Mariotte) p1 p2 ãU=0 => A=-Q hay Q=-A ã Công nhận ®−ỵc: v1 v2 v v2 p=p1V1/V v2 dV A = ∫ − pdV = ∫ − p1V1 V v1 v1 V2 V2 m V1 m A = − p1V1 ln = − RT ln = RT ln V1 μ V1 μ V2 V2 m Q = − A = RT ln V1 Qúa trình đoạn nhiệt ã Q=0 hay Q=0 ã p tăng V & T ã dU= A ( Nguyên lý I NĐH) m m iR dU = dT = C V dT ; μ μ dV ⇒ C V dT = − RT m V δA = -pdV pV = RT dT R dV μ + =0 CP − CV R = = γ −1 T CV V CV CV ) = const TV = const γ pV = const = const T.p ln T + ( γ − 1) ln V = const ln(TV TV γ −1 γ −1 γ −1 1− γ = const > Q=0->pV =const Đoạn nhiệt dốc ã Về mặt toán học: PV = const & >1 T=const->pV=const p Trong QT đẳng nhiệt: p doV hay pdo V v ã Về phơng diện vật lý: Trong QT đoạn nhiệt p V & T p ↑ V ↓ & T ↑ • Độ biến thiên nội QT đoạn nhiệt: m iR ΔU = ΔT μ C«ng mμ hƯ nhËn đợc QT đoạn nhiệt: Công Anhận qt đoạn nhiÖt V1->V2: V2 m iR A = ΔU − Q = Δ U = ΔT μ C«ng hƯ sinh ra: A’=-A V1γ pV γ = p1V1γ ⇒ p = p1 γ V A = ∫ ( − pdV ) V1 γ 1− γ 1− γ p1 V ( V − V A = − p1 V ∫ γ = γ −1 V1 V γ vμ thay V2 dV γ γ p1 V = p V m p1V1 = RT μ ) Nh©n vμo p V2 − p1V1 A= γ −1 p1V1 (T2 − T1 ) A= ( γ − 1)T1 ... NhiƯt liªn quan ®Õn chuyển động hỗn loạn Đ2 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học Trong học: Độ biến thiên lợng hệ công m hệ trao đ? ?i trình đó: W = W2- W1= A -> Nhiệt? Phát biểu nguyên lý thứ nhiệt động. .. §3 øng dơng nguyên lý thứ I nhiệt động lực học Trạng th? ?i cân bằng, trình cân a Định nghĩa: Trạng th? ?i cân hệ l trạng th? ?i thông số trạng th? ?i không biến đ? ?i theo th? ?i gian Trạng th? ?i cân bị phá... v trở l? ?i trạng th? ?i ban đầu; Tức U2=U1-> ΔU = => A=-Q hay -A = Q; Nh hệ nhận công toả nhiệt, sinh công ph? ?i nhận nhiệt Trong hệ cô lập gồm vật trao đ? ?i nhiệt, nhiệt lợng vật ny toả nhiệt lợng