Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC • Thiếu sót Nguyên lý I: Trong NLI không cho ta biết chiều diễn biến thực tế trình, chất lượng nhiệt công trình chuyển hóa: Công hoàn toàn biến thành nhiệt, nhiệt hoàn toàn biến thành công III.1 Quá trình thuận nghòch trình không thuận nghòch Quá trình thuận nghòch: Là trình tiến hành theo chiều ngược lại qua tất trạng thái trung gian chiều thuận Đó trình lý tưởng, ma sát môi trường xung quanh không bò biến đổi Đường biểu diễn đường liên tục: Quá trình không thuận nghòch: Là trình tiến hành theo chiều ngược lại, không qua tất trạng thái trung gian chiều thuận Đó trình thực tế, có ma sát môi trường xung quanh bò biến đổi Đường biểu diễn đường đứt quãng: - - - - - - - - - III.2 Máy nhiệt Đònh nghóa: Máy nhiệt hệ làm việc tuần hoàn (theo chu trình) biến đổi nhiệt thành công biến đổi công thành nhiệt, làm việc nguồn: T1 nóng, T2 lạnh Máy nhiệt chia làm loại: động nhiệt máy làm lạnh T1 A Q MN Q A T2 Động nhiệt: a/ Đònh nghóa: máy nhiệt biến nhiệt thành công, cách: “Nhận nhiệt từ nguồn nóng Q1, nhả nhiệt nguồn lạnh Q’2 để cung cấp công A’” A' b/ Hiệu suất động nhiệt: η = Q1 T1 Chu trình kín: ΔU = = A + Q1 + Q2 = − A'+Q1 − Q' ⇒ A' = Q1 − Q'2 A' Q1 − Q '2 Q' ⇒η = = = 1− < Q1 Q1 Q1 Q1 ĐCN A’ Q’2 T2 Máy lạnh: a/ Đònh nghóa: máy nhiệt biến công thành nhiệt, cách: “Nhận công A để lấy nhiệt từ nguồn lạnh Q2 , nhả nhiệt nguồn nóng Q’1” Q b/ Hệ số làm lạnh: ε = A Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu ΔU = = A + Q1 + Q2 T1 = A − Q'1 +Q2 Q’1 ⇒ A = Q'1 −Q2 Q Q2 ⇒ε = = A Q'1 −Q2 A ML Q2 Lưu ý: T2 Trong giản đồ pV:Nếu chiều chu trình: • Chiều chu trình theo chiều kim đồng hồ: động nhiệt • Chiều chu trình ngược chiều kim đồng hồ: máy lạnh Khi cần tính η hay ε: • Nếu động nhiệt: cộng tất Q > cho Q1 , Q < cho Q2 => Q’2 = - Q2 ⎫⎪ Q' ∑ Q > = Q1 ⎬ ⇒η = 1− Q1 ∑ Q < = Q2 ⇒ Q'2 = −Q2 ⎪⎭ • Nếu máy lạnh: cộng tất Q > cho Q2, Q < cho Q’1 => Q’1 = - Q1 ∑Q > = Q ∑ Q < = Q' ⎫⎪ Q2 ⎬⇒ε = Q'1 −Q2 ⇒ Q1 = −Q'1 ⎪ ⎭ III.3 Nguyên lý II NĐH: Phát biểu Claudius: “Nhiệt truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn” Phát biểu Thompson: “Không thể chế tạo máy làm việc tuần hoàn biến đổi liên tục từ nhiệt thành công cách làm lạnh vật mà môi trường xung quanh không bò biến đổi Đó động vónh cửu loại II” (Do ta biết chiều trình chất lượng nhiệt công trình chuyển hóa lượng) III.4 Chu trình Carnot và định lý Carnot: Chu trình Carnot thuận nghòch: Gồm trình đẳng nhiệt thuận nghòch (T1 > T2) trình đoạn nhiệt thuận nghòch • Xét động nhiệt: V2 m ⎧ P ⎪Q12 = μ RT1 ln V > = Q1 ⎪ ⎪Q23 = ⎨ ⎪Q = m RT ln V4 < = Q ⇒ Q' = −Q = m RT ln V3 2 2 ⎪ 34 μ V3 μ V4 ⎪ ⎩Q41 = V Trong chu trình Carnot tỷ số thể tích đỉng cạnh nhau: V V V1 V2 = hay ⇔ = V4 V3 V1 V4 γ −1 γ −1 =0 ⎯Q⎯→ : T1V2γ −1 = T2V3γ −1 ⎫⎪ ⎛ V2 ⎞ ⎯ ⎛ V3 ⎞ V V ⎟ ⎜⎜ ⎟⎟ hay = ⎜ = ⇒ ⎬ ⎟ ⎜ Q=0 γ −1 γ −1 V1 V4 ⎯⎯→ ⎯ : T2V4 = T1V1 ⎪⎭ ⎝ V1 ⎠ ⎝ V4 ⎠ T η C = − Hiệu suất động nhiệt theo chu trình Carnot T1 Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu • Xét máy lạnh: (chiều mũi tên ngược chiều kim đồng hồ) ⎧Q14 = ⎪ ⎪Q43 = m RT2 ln V3 > = Q2 ⎪ V4 μ ⎨ ⎪Q32 = ⎪ V1 V m m < = Q'1 ⇒ Q1 = −Q'1 = RT1 ln ⎪Q21 = RT1 ln V2 V1 μ μ ⎩ ⇒ε = Q2 T2 = Q'1 −Q2 T1 − T2 Đònh lý Carnot: - Hiệu suất tất động thuận nghòch chạy theo chu trình Carnot có nguồn nóng nguồn lạnh nhau, không phụ thuộc vào tác nhân cách chế tạo máy - Hiệu suất động thuận nghòch nhỏ hay hiệu suất Carnot thuận nghòch η tn ≤ η tnC - Hiệu suất động không thuận nghòch nhỏ động thuận nghòch η otn ≤ η tn Từ đònh lý Carnot ta rút kết luận quan trọng sau: • Nhiệt hoàn toàn biến thành công (vì hiệu suất < 1) • Hiệu suất động nhiệt lớn nhiệt độ nguồn nóng tăng nhiệt độ nguồn lạnh giảm ™ Tóm tắt: Q' T A' •ηC = = 1− = 1− Q1 Q1 T1 •εC = Q2 Q2 T2 = = A Q '1 −Q2 T1 − T2 • η tnC f η tn f η otn III.5 Biểu thức đònh lượng NL II NĐH: η 0tn p η tn ≤ η Ctn • Đối với nhiệt gồm nguồn nhiệt: T Q' T Q' Q Q 1− ≥ 1− ⇒ ≤ ⇒ + ≤ T1 Q1 T1 Q1 T1 T2 • Đối với nguồn nhiệt rời rạc: ⎛Q ⎞ ⎧ = : chu trình thuận nghòch ∑ ⎜⎜ T i ⎟⎟ ≤ ⎨ < : chu trình không thuận nghòch ⎩ ⎝ i ⎠ • ¾ Đối với nguồn nhiệt liên tục: δQ ∫ T ≤0 Xét chu trình thuận nghòch: gồm trình thuận nghòch: δQ δQ δQ = + ∫ T 1∫a T 2∫b T = ⇔ ∫ 1a δQ T = − ∫ b1 δQ T = ∫ 1b δQ T a b Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu • Ta thấy ∫ δQ T theo trình thuận nghòch từ (1)→(2) phụ thuộc trạng thái vàkhông phụ thuộc trình III.6 Hàm Entropy nguyên lý tăng entropy: Hàm Entropy S: hàm entropy δQ δQ J / oK ΔS = ∫ dS = T T [ ] d: hàm trạng thái δ: hàm trình ¾ Tính chất entropy tương tự tính chất nội năng: - S hàm trạng thái, nghóa trạng thái hệ có giá trò xác đònh không phụ thuộc vào trình hệ từ trạng thái sang trạng thái khác - S đại lượng mang tính chất cộng: Entropy hệ cân nhiệt động tổng Entropy thành phần riêng biệt hệ δQ - Entropy xác đònh sai số cộng: S = ∫ + So To • Xét chu trình không thuận nghòch: 1a2: không thuận nghòch 2b1: thuận nghòch ∫ δQ T ⇔ = δQ ∫ 1a ∫ δQ 1a T + ∫ b1 =−∫ T δQ b1 δQ T T = a : trình không thuận nghòch 2.Nguyên lý tăng entropy a Đối với hệ không cô lập: tùy theo dấu giá trò nhiệt nhận vào chu trình thuận nghòch, Δ S có giá trò dương, âm = 0, có nghóa entropy ↑ , ↓ hay không đổi ⇒ ΔS ≥ ∫ ΔS = ∫ δQ T ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ Nhận nhiệt: Q > 0, ΔS > Tỏa nhiệt: Q < 0, ΔS < Đoản nhiệt: Q = 0, ΔS = b Đối với hệ cô lập: (không trao đổi nhiệt với bên ngoài): δQ = → ΔS ≥ ΔS ≥ ⎧ ⎨ ⎩ = : trình thuận nghòch > : trình không thuận nghòch ¾ Trong thực tế trình nhiệt động không thuận nghòch, nên ta có nguyên lý tăng entropy: “Đối với trình nhiệt động thực tế xảy hệ cô lập entropy hệ luôn tăng” Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu ™ Tóm tắt: Q ⎧ < : chu trình không thuận nghòch •∑ i ≤ ⎪ Ti ⎨ δQ ⎪ = : chu trình thuận nghòch •∫ ≤0 ⎩ T • Hàm Entropy: δQ δQ ΔS = ∫ , dS = T T tn ΔS ≥ ∫ δQ T ⎧ ⎨ ⎩ = : trình thuận nghòch > : trình không thuận nghòch • Đối với hệ không cô lập: chu trình thuận nghòch ΔS = δQ T ⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ ΔS > : nhận nhiệt ΔS < : tỏa nhiệt ΔS = : đoạn nhiệt • Đối với hệ cô lập: δQ = ΔS ≥ ⎧ ⎨ ⎩ = : trình thuận nghòch > : trình không thuận nghòch • Nếu ΔS > : nguyên lý tăng entropy 2.7 Tính độ biến thiên entropy 2.7.1 Đối với khí lý tưởng: δQ a/ Quá trình đoạn nhiệt: δQ = ⇒ ΔS = =0 T b/ Quá trình bất kỳ: V T m m S2 − S1 = ΔS = CV ln + R ln μ V1 T1 μ P m V m ΔS = CV ln + C P ln μ P1 μ V1 2.7.2 Đối với chất (khí, hơi, lỏng, rắn) a/ Chất nhận hay nhả nhiệt (chất thay đổi nhiệt độ) ∂Q = mc.dT m: khối lượng chất (kg) dT δQ c: nhiệt dung riêng chất ⇒ ΔS = ∫ = mc ∫ T T T ΔS = mc ln T1 b/ Đối với chất chuyển pha: T = hs ⎧Q = mL δQ Q ΔS = ∫ = ⎨ T T ⎩Q = mλ T: nhiệt độ chuyển pha λ: Nhiệt nóng chảy L: Nhiệt hóa Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu Lưu ý 1.Tính cơng trực tiếp đồ thị p-V P δA = − p.dV Cơng nhận q trình từ 1-2 biểu diển đồ thị p-V có giá trị diện tích hình V1 V2 • Cơng có giá trị dương V↓ • Cơng có giá trị âm V↑ 2.Tính nhiệt trực tiếp đồ thị T-S V δQ = T dS Nhiệt nhận q trình từ 1-2 biểu diển đồ thị T-S có giá trị diện tích hình S1 S2 • Nhiệt có giá trị dương S↑ • Nhiệt có giá trị âm S↓ Ý nghĩa thống kê entropy ngun lý thứ hai 1.Nhiệt khơng thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn: entropy hệ lập khơng thể giảm:hệ biến đổi khơng thuận nghich từ trạng thái khơng cân đến trạng thái cân ( Smax ) khơng thể tự động trở lại trạng thái khơng cân trước 2.Entropy thơng số trạng thái độc lập khơng đo trực tiếp được,mà đo gián tiếp với độ xác tới số cộng 3.Entropy thước đo mức độ hổn loạn phân tử hệ ... Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu Lưu ý 1.Tính cơng trực tiếp đồ thị p-V P δA = − p.dV Cơng nhận q trình từ 1-2 biểu diển đồ thị p-V có giá trị diện tích hình V1 V2 • Cơng có... trị dương V↓ • Cơng có giá trị âm V↑ 2.Tính nhiệt trực tiếp đồ thị T-S V δQ = T dS Nhiệt nhận q trình từ 1-2 biểu diển đồ thị T-S có giá trị diện tích hình S1 S2 • Nhiệt có giá trị dương S↑ • Nhiệt... Tóm tắt giảng phần Nhiệt GVC :Nguyễn – Minh - Châu • Ta thấy ∫ δQ T theo trình thuận nghòch từ (1)→(2) phụ thuộc trạng thái vàkhông phụ thuộc trình III .6 Hàm Entropy nguyên lý tăng entropy: Hàm