BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 Chủ đề: NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌC MỤC TIÊU Sau học xong này, SV phải: • Nêu hạn chế ngun lí I • Nêu nội dung ngun lí II • Nêu chu trình định lí Carnot • Trình bày ngun lí làm việc động nhiệt, máy làm lạnh • Tính hiệu suất chu trình • Viết biểu thức định lượng ngun lí II • Nêu nguyên lí tăng entropy, ý nghĩa entropy NỘI DUNG: *** I – CÁC HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÍ I II – NỘI DUNG NGUYÊN LÝ II III – ĐỊNH LÍ CARNOT IV – BIỂU THỨC ĐỊNH LƯỢNG CỦA NGUYÊN LÍ II V – ENTROPY I – CÁC HẠN CHẾ CỦA NGUN LÍ I *** - Khơng nói đến điều kiện chuyển hóa cơng nhiệt Ví dụ, sau chu trình thì: ∆U = ⇒ A + Q = hay A = −Q Nghĩa hệ nhận nhiệt sinh nhiêu cơng Nhưng thực tế khơng có điều - Khơng nói rõ chiều diễn biến q trình Nhiệt khơng thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng II – NỘI DUNG NGUYÊN LÝ II: *** Phát biểu Clausius: Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng Nói cách khác, truyền nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng khơng thể xảy khơng có bù trừ Phát biểu Thomson Carnot: Không thể chế tạo động nhiệt hoạt động tuần hoàn, liên tục biến nhiệt thành công mà môi trường xung quanh không chiụ biến đổi Phát biểu Kelvin: Một hệ nhiệt động tạo công tiếp xúc với nguồn nhiệt III – ĐỊNH LÍ CARNOT: – Ngun lí làm việc, hiệu suất đcn: Hiệu suất đcn: Q2 A ' Q1 − Q ' H= = = 1+ Q1 Q1 Q1 Nguyên lý 1: ' ∆U = − A' + Q1 − Q2 = Trong chu trình, độ biến thiên tác nhân = Chú ý: H < A’ > Q2’ > Nguồn nóng T1 Q1 Tác nhân Q2’ Nguồn lạnh T2 Q2 = - Q ’ < Động nhiệt: chuyển hóa NHIỆT  CƠNG (máy nước, động đốt trong…) A’ III – ĐỊNH LÍ CARNOT: – Chu trình Carnot – định lí Carnot: Chu trình Carnot: (1) – (2); (3) – (4): đẳng nhiệt p Chu trình Carnot thuận (1) (2) – (3); (4) – (1): đoạn nhiệt Qúa trình dãn đẳng nhiệt 12: Tác nhân (4) (2) nhận Q1 từ nguồn nóng T1 sinh cơng (3) Qúa trình dãn đoạn nhiệt 23: Tác nhân sinh công giảm nhiệt độ xuống tới nhiệtV độ T2 nguồn lạnh Qúa trình nén đẳng nhiệt 34: Tác nhân nhận công tỏa nhiệt Q2’ cho nguồn lạnh nhiệt độ T2 Qúa trình nén đoạn nhiệt 41: Tác nhân nhận công trở lại trạng thái ban đầu  Tồn chu trình: Tác nhân nhận nhiệt lượng Q nguồn nóng, nhả nhiệt lượng Q’2 cho nguồn lạnh sinh công A’ (A’ > có giá trị diện tích chu trình) III – ĐỊNH LÍ CARNOT: – Chu trình Carnot – định lí Carnot: Chu trình Carnot: p (1) (1) – (2); (3) – (4): đẳng nhiệt (2) – (3); (4) – (1): đoạn nhiệt ĐK khép kín: V2 V3 = V1 V4 Định lí Carnot: H KTN < H TN H CN (4) (2) (3) V Chu trình Carnot thuận T1 − T2 T2 = = 1− T1 T1 III – ĐỊNH LÍ CARNOT: – Ngun lí làm việc máy làm lạnh: p Nguồn nóng T1 Q’1 A (3) (4) Tác nhân (2) (1) V Chu trình Carnot nghịch Q2 Nguồn lạnh T2 Hệ số làm lạnh: Q2 ε= A ε CN T2 = T1 − T2 III – ĐỊNH LÍ CARNOT: Ví dụ: Một động nhiệt làm việc theo chu trình Carnot, có cơng suất 100 mã lực Nhiệt độ nguồn nóng 1000C, nguồn lạnh 00C Tính: a)Hiệu suất động b)Nhiệt lượng mà tác nhân nhận phút c)Nhiệt lượng mà tác nhân nhả cho nguồn lạnh phút ĐS: a) 27%; b) 16500kJ; c) 12000kJ III – ĐỊNH LÍ CARNOT: Ví dụ: Một động nhiệt làm việc theo chu trình Carnot, có cơng suất 100 mã lực Nhiệt độ nguồn nóng 1000C, nguồn lạnh 00C Tính: a) Hiệu suất động cơ: T1 − T2 H= ×100% = 27% T1 b) Nhiệt lượng mà tác nhân nhận phút: Trong 1s, động sinh công công suất cho  nhiệt lượng mà tác nhân nhận từ nguồn nóng Q1  Nhiệt lượng nhận phút Qn A' 100 × 0.7457 Q1 = ⇒ Qn = ∆t.Q1 = 60 = 16500kJ H 0.27 III – ĐỊNH LÍ CARNOT: Ví dụ: Một động nhiệt làm việc theo chu trình Carnot, có cơng suất 100 mã lực Nhiệt độ nguồn nóng 1000C, nguồn lạnh 00C Tính: c) Nhiệt lượng mà tác nhân nhả phút: Trong 1s, tác nhân nhả cho nguồn lạnh nhiệt lượng Q ’  Nhiệt lượng nhả phút Q2  A' ' ' ' ' Q = Q1 − A ⇒ Q2 = ∆t.Q = 60 − A  = H     100 × 0.7457  = 60 − 100 × 0.7457  = 12000kJ 0.27   IV – BIỂU THỨC ĐỊNH LƯỢNG CỦA NL II: *** Ta có: Q2 T2 A ' Q1 − Q ' H= = = 1+ = 1− Q1 Q1 Q1 T1 Suy ra: Q2 T2 Q1 Q =− ⇒ + =0 Q1 T1 T1 T2 Hay: ∑ i Qi =0 Ti Vậy, động nhiệt chạy theo chu trình Carnot thuận nghịch tổng nhiệt lượng rút gọn chu trình khơng Đối với động bất thuận nghịch thì: Q2 T2 H = 1+ < 1− Q1 T1 nên: ∑ i Qi 0, δQ2 > ⇒ T1 > T2 Một hệ cô lập: vật nhận nhiệt (vật 2) phải có nhiệt độ thấp vật nhả nhiệt (vật 1)  chiều truyền nhiệt: nóng  lạnh Qúa trình trao đổi nhiệt kết thúc nhiệt độ vật nhau: Entropi hệ cực đại dS = 0: hệ trạng thái cân V – ENTROPY: – Ý nghĩa thống kê entropy nguyên lý II: Entropy thước đo mức độ hỗn loạn phân tử hệ Khi entropy giảm (ví dụ làm lạnh) tính hỗn loạn phân tử giảm, tính trật tự tăng lên ngược lại Nguyên lý II cho thấy: nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng entropy hệ lập khơng thể giảm Nói cách khác, hệ ln có xu hướng biến đổi từ trạng thái không cân trạng thái cân đến trạng thái cân rồi, khơng thể tự động trở lại trạng thái không cân Nguyên lý II áp dụng cho hệ vĩ mô gồm số lớn phân tử (vì ta bỏ qua ảnh hưởng thăng giáng)  ... trình Nhiệt khơng thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng II – NỘI DUNG NGUYÊN LÝ II: *** Phát biểu Clausius: Nhiệt tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng Nói cách khác, truyền nhiệt từ vật. .. cực đại V – ENTROPY: – Ý nghĩa thống kê entropy nguyên lý II: Xét hệ cô lập gồm vật có T1 T2 trao đổi nhiệt với Giả thiết vật nhận nhiệt lượng Q2  vật nhả nhiệt lượng Q2 (hay vật nhận nhiệt. .. hệ cô lập: vật nhận nhiệt (vật 2) phải có nhiệt độ thấp vật nhả nhiệt (vật 1)  chiều truyền nhiệt: nóng  lạnh Qúa trình trao đổi nhiệt kết thúc nhiệt độ vật nhau: Entropi hệ cực đại dS = 0: