Chuong 3 Dinh luat nhiet dong thu hai.pdf

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
GIẢNG VIÊN: TS. PHAN THÀNH NHÂN
CHƯƠNG 3
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI
1. Các chu trình nhiệt động
2. Chu trình carnot
3. Định luật nhiệt động thứ hai
4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai
5. Entropy – đồ thị T - s

2
1. Các chu trình nhiệt động:
Trong các quá trình nhiệt động, muốn chuyển hóa liên
tục giữa nhiệt năng với các dạng năng lượng khác, người ta
phải thực hiện những chu trình.
Môi chất sẽ thay đổi một cách liên tục từ trạng thái
đầu qua nhiều trạng thái trung gian rồi trở về trạng thái ban
đầu.

3
Ví dụ:
Trong các máy nhiệt,
Để biến nhiệt thành công, phải tiến hành cho môi chất giãn nở.
Muốn nhận được công liên tục, môi chất phải giãn nở liên tục,
→ không thể thực hiện vì kích thước máy có hạn.
Quá trình khép kín hay chu trình.

4
Chu trình thuận nghịch
Chu trình chỉ tiến hành qua các trạng thái cân bằng
Tiến hành ngược trở lại qua tất cả các trạng thái đã
đi qua mà môi chất và môi trường không có gì thay
đổi.

5
Chu trình thuận chiều: _ động cơ nhiệt
QH
QL
W

6
QH
QL
W
L
H Q
Q
W −
=
Hiệu suất nhiệt của chu trình
H
L
H
H
t
Q
Q
Q
Q
W −
=
=

H
L
t
Q
Q
1−
=

Nhận xét :
Hiệu suất t của chu trình thuận chiều (động cơ nhiệt) luôn luôn nhỏ hơn 1, t chỉ bằng
1 khi không có nhiệt lượng thải cho nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp.
Chu trình nào có hiệu suất nhiệt lớn hơn thì hoàn thiện hơn.
VD : Động cơ phản lực có hiệu suất nhiệt thuộc loại thấp nhất  4%, động cơ hơi nước 
10%, turbin khí và động cơ đốt trong  50%.

7
Chu trình ngược chiều _ máy lạnh
QH
QL
W

8
QH
QL
W
L
H Q
W
Q +
=
Hệ số làm lạnh (máy lạnh)
L
H
L
L
Q
Q
Q
W
Q
−
=
=

Hệ số làm nóng (bơm nhiệt)
L
H
H
H
Q
Q
Q
W
Q
−
=
=


9
2. Định luật nhiệt động thứ hai
Phát biểu của Clausius
Không thể có bất kỳ một máy lạnh
hay bơm nhiệt nào có thể vận
chuyển nhiệt lượng từ một nơi có
nhiệt độ nhỏ hơn đến nơi có nhiệt
độ cao hơn mà không tốn gì hết

10
Phát biểu của kelvin Planck
Không có bất kỳ một động cơ
nào có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành ra
công

11
3. Chu trình carnot
Đồ thị p-v
✓ AB : nhận nhiệt lượng q1 (ở nhiệt độ không đổi T1) → dãn nở đẳng nhiệt
✓ BC : cô lập và dãn nở, sinh công, nhiệt độ hạ từ T1 → T2 → dãn nở đoạn nhiệt.
✓ CD : thải nhiệt lượng q2 cho nguồn lạnh (ở nhiệt độ T2) → nén đẳng nhiệt.
✓ DA : cô lập và chịu nén, nhận công để trở về trạng thái ban đầu → nén đoạn nhiệt.
Các quá trình trên chu trình

12
Hiệu suất nhiệt của chu trình
1
2
t
q
q
1−
=

Đồ thị p-v
Xét 2 quá trình AB và CD
A
B
1
1
v
v
ln
RT
q =
C
D
2
2
v
v
ln
RT
q =
















=
D
C
2
A
B
1
2
1
v
v
ln
T
v
v
ln
T
q
q
Lấy tỷ số q1/q2:
Quá trình đẳng nhiệt AB
Quá trình đẳng nhiệt CD

13
Xét 2 quá trình BC và DA :
Đồ thị p-v
Quá trình đoạn nhiệt BC
Quá trình đoạn nhiệt DA
1
k
C
B
1
2
v
v
T
T
−








=
1
k
D
A
1
2
v
v
T
T
−








=
1
k
D
A
1
k
C
B
v
v
v
v
−
−








=








D
C
A
B
v
v
v
v
=
















=
D
C
2
A
B
1
2
1
v
v
ln
T
v
v
ln
T
q
q 2
1
2
1
T
T
q
q
=
1
2
t
T
T
1−
=


14
Hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot thuận chiều:
1
2
t
T
T
1−
=

Hệ số làm lạnh của chu trình Carnot ngược chiều:
2
1
2
T
T
T
−
=

Hiệu suất của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt

15
4. Các hệ quả của định luật nhiệt động thứ hai
1. Giữa 2 nguồn nhiệt → C là lớn nhất
2. Giữa Ta, Tb → C của các chu trình Carnot bằng nhau
3. ĐLNĐ 2 là cơ sở để xây dựng thang nhiệt độ động học
0
T
Q
=


4. : chu trình thuận nghịch → bẳng thức logic
0
T
Q



5. : chu trình không thuận nghịch → BĐT logic (pt logic thứ 2)

16
5. Entropy – đồ thị T-s
2
1
2
1
T
T
q
q
=
Từ đẳng thức chu trình Carnot:
2
2
1
1
T
q
T
q
=
0
T
q
T
q
2
2
1
1
=
+
 (q1 và q2 có dấu ngược nhau)
0
T
q
=

 0
T
dq
=

or
T
dq
:vi phân toàn phần, thể hiện sự biến thiên của một biến số trạng thái nào đó của hệ.
Ký hiệu là s; entropy, đơn vị là (J/K). Đây là một hàm trạng thái mới nên ta có:
T
dq
ds = 1
2
2
1
s
s
ds −
=

và

17
Đồ thị trạng thái T-s
Trục hoành biểu diễn entropy s,
Trục tung biểu diễn nhiệt độ tuyệt đối K.
Đồ thị trạng thái T-s
Nhận xét: Mỗi điểm trên đồ thị T-s biểu diễn
một trạng thái cân bằng, một đường cong thể
hiện một quá trình. Nếu đường cong này kín,
ta có một chu trình.
Có thể viết :
dq = Tds

=

2
1
Tds
q = dt (122’1’)
diện tích nằm dưới đường cong sẽ thể hiện lượng nhiệt trao đổi trong một quá trình.

18
Ví dụ 1:
Khảo sát một động cơ nhiệt làm việc với nguồn
nóng có nhiệt độ là 800oC và nguồn lạnh có nhiệt độ là
30oC.
Giả sử động cơ này có thể làm việc ở điều kiện lý
tưởng của chu trình Carnot thì công suất phát của nó là
1000kW.
Hãy xác định năng suất nhiệt mà động cơ nhận
vào từ nguồn nóng và nhả ra cho nguồn lạnh.

19
Ví dụ 2:
Khảo sát một máy làm lạnh hoạt động theo chu
trình Carnot lý tưởng, với nhiệt độ nguồn nóng 40oC,
công suất máy nén W = 750W. Hệ số làm lạnh  = 7
Hãy xác định nhiệt độ nguồn lạnh, nhiệt lượng nhận vào
từ nguồn lạnh và nhiệt lượng nhả ra cho nguồn nóng.

20
Ví dụ 3:
Xét một bơm nhiệt làm việc với các thông số thiết bị như sau:
Công suất máy nén: 14kW
Hệ số làm nóng của bơm nhiệt φ = 4,5
• Tính nhiệt nhận vào và nhả ra cho nguồn lạnh và nguồn nóng
.

21
Ví dụ 4:
Moät chu trình maùy laïnh hoaït ñoäng giöõa nhieät ñoä nguoàn
laïnh laø – 10 0C vaø nhieät ñoä nguoàn noùng laø 37 0C, naêng
suaát laïnh laø 100 kW.
Xaùc ñònh:
a) Heä soá laøm laïnh lôùn nhaát cuûa chu trình.
b) Coâng neùn caàn cung caáp (HP) vaø naêng suaát nhaû
nhieät cuûa chu trình.

22
Hết chương 3

Chuong 3 Dinh luat nhiet dong thu hai.pdf

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Semelhante a Chuong 3 Dinh luat nhiet dong thu hai.pdf

Semelhante a Chuong 3 Dinh luat nhiet dong thu hai.pdf (20)

Mais de NguyninhVit

Mais de NguyninhVit (12)

Chuong 3 Dinh luat nhiet dong thu hai.pdf