Chương 2: Năng lượng của hệ nhiệt động lực học và định luật nhiệt động 1 pptx

II.1. Nhiệt lượng và cách tính nhiệt
II.2. Năng lượng của hệ nhiệt động
II.3. Các loại công
II.4. Định luật nhiệt động 1
II.1. Nhiệt lượng và cách tính nhiệt
Nhiệt lượng: Là lượng năng lượng trao đổi giữa hệ
thống và môi trường khi có sự chênh lệch nhiệt độ.


2
1
QQ
II.1.1 Các phương thức truyền nhiệt
a. Truyền nhiệt do dẫn nhiệt
Nhiệt lượng trao đổi do sự tiếp xúc trực tiếp của các
vật rắn, hoặc ngay trong cùng vật rắn có chênh lệch
nhiệt độ.
 
dx
dt
AtQ
x

b. Truyền nhiệt do đối lưu
Nhiệt lượng trao đổi giữa lưu chất và bề mặt rắn, quá
trình này luôn có kèm theo sự lưu động tương đối của
lưu chất trên về mặt


fb
t

t
A
Q





c. Truyền nhiệt do bức xạ
Trường hợp hai vật rắn không tiếp xúc trực tiếp nhau,

môi trường giữa chúng là chân không, thì giữa hai vậ
t
này vẫn có trao đổi nhiệt. Nhiệt lượng trao đổ
i trong
trường hợp này là bức xạ nhiệt.
4
T
A
E






a. Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ
( theo
nhiệt dung riêng)
II.1.2 Tính nhiệt lượng theo biến đổi trạng thái của

chất môi giới
Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiế
t
cung cấp cho một đơn vị chất khí để nhiệt độ của nó

tăng lên một độ theo một quá trình nào đó.
)K.đvmc/J(;
dt
đq
C 
 Theo nhiệt độ:
 Phân loại NDR
 NDR trung bình: là NDR trong một khoảng nhiệt độ
nào đó







2
1
2
1
2
1
t
t
t

t
12
t
t
dt.C
t
1
C
t
q
tt
q
C
 NDR thực: là NDR tại một giá trị nhiệt độ nào đó:
)K.đvmc/J(;
dt
đq
C 
1[kg] - NDR khối lượng, C[kJ/kg.độ]
1[m
3
tc] - NDR thể tích, C’[kJ/m
3
tc .độ]
1[kmol] - NDR kmol, C
µ
[kJ/kmol.độ]
 Theo đơn vị đo môi chất:
 Theo tính chất quá trình:
+ Quá trình có áp suất không đổi

NDR khối lượng đẳng áp, C
p
(kJ/kg.độ)
NDR thể tích đẳng áp, C’
p
(kJ/m
3
tc
.độ)
NDR kmol đẳng áp, C
µp
(kJ/Kmol.độ)
+ Quá trình có thể tích không đổi
NDR khối lượng đẳng tích, C
v
(kJ/kg.độ)
NDR thể tích đẳng tích, C’
v
(kJ/m
3
tc
.độ)
NDR kmol đẳng tích, C
µv
(kJ/Kmol.độ)
 Quan hệ giữa các NDR
p
v
' '
v tc v p tc p

C
C
C v .C ; C v .C


   
 
p p
v v
C C
k
C C


 
k- số mũ đoạn nhiệt
Công thức Mayer: C
p
- C
v
=R
 Sự phụ thuộc của NDR vào nhiệt độ
 NDR của khí lý tưởng: C=const
BẢNG NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG
Loại khí
K=C
p
/C
v
C

v
[kJ/kmol.K] C
p
[kJ/kmol.K]
Khí 1 nguyên tử
Khí 2 nguyên tử
Khí 3 hoặc nhiều
nguyên tử
1,67
1,40
1, 30
12,6
20,9
29, 3
20,9
29,3
37,7
 NDR phụ thuộc vào nhiệt độ
C = a
o
+ a
1
.t
C = a
o
+ a
1
.t + a
2
.t

2
C = a
o
+ a
1
.t + a
2
.t
2
+a
3
t
3
+…+ a
n
t
n
a
0
, a
1
,…a
n
– các hệ số
-NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0
o
C đến t
o
C



t
0
t
0
dt.C
t
1
C
t'.aat.
2
a
adt.C
t
1
C
1o
1
o
t
0
t
0


- NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ t
1
đến t
2








122
1
2
1
t
0
t
0
t
t
t
t
dt.C
t
1
dt.C
t
1
dt.C
t
1
C



)tt'.(aat.Ct.C
t
1
C
211o1
t
0
2
t
0
t
t
122
1



 NDR của hỗn hợp khí
G.C=G
1
.C
1
+G
2
.C
2
+…+G
n
.C
n

i
n
1i
inn2211
n
n
2
2
1
1
C.gC.g C.gC.gC
C.
G
G
C.
G
G
C.
G
G
C




i
n
1i
inn2211
n

n
2
2
1
1
C.gC.g C.gC.gC
C.
G
G
C.
G
G
C.
G
G
C




'C.r'C
i
n
1i
i








 C.rC
n
1i
i
 Cách tính nhiệt
Q=G.C.∆t; (J)
Q=V
tc
.C’.∆t; (J)
Q=m.C
µ
.∆t; (J)
b. Tính nhiệt theo biến thiên entropi
T
đq
ds 
đq = T.ds
2
12
1
q T.ds


ds
s
T
1
2

s
1
s
2
T
1
T
2
T
Nếu T=const thì q
12
=T(s
2
-s
1
)
Nếu T=f(s) thì
2
12
1
q f (s).ds


Theo tính chất toán học:
2
1
s
1 2
s
dientich(s 12s ) T.ds



Vì vậy đồ thị T-s gọi là đồ thị nhiệt.
c.Tính nhiệt theo sự biến đổi pha
Nhiệt lượng dùng để làm biến đổi pha của 1 kg chấ
t môi
giới gọi là nhiệt ẩn chuyển pha, r (kJ/kg)
q
G
Q


Quy ước:
- Nếu q > 0 môi chất nhận nhiệt
- Nếu q < 0 môi chất thải nhiệt
Rắn  Lỏng: Nhiệt ẩn nóng chảy : q=+r
Lỏng  Rắn: Nhiệt ẩn kết tinh: q=-r
Lỏng  Hơi: Nhiệt ẩn hóa hơi: q=+r
Hơi  Lỏng: Nhiệt ẩn ngưng tụ: q=-r
II.2. Năng lượng của hệ nhiệt động
II.2.1 Năng lượng của hệ nhiệt động
2
. ;
2
đ
E m J


 Ngoại động năng:
2 2

2 1
2 1
2
.( );
2 2
.
2
đ đ đ
đ
E E E m J
E m
 

    

 
 Ngoại thế năng:
E
t
=m.g.z; J
∆E
t
=E
t2
-E
t1
=m.g.(z
2
-z
1

)
∆E
t
=m.g.∆z
 Nội năng (nội nhiệt năng):
∆U=U
2
-U
1
 Năng lượng đẩy (thế năng áp suất):
D =m.p.v ∆D = m.(p
2
.v
2
-p
1
.v
1
)
II.2.2. Năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động
E = U + D + E
đ
+ E
t
; (J)
2
. ;( / )
2
e u d g z J kg


   
- Với hệ kín: d =0; không có động năng E
đ
=0
E
k
=U+E
t
=U
∆E
k
= ∆U
- Với hệ hở: U+D=I hoặc H
E
h
=I +E
đ
+E
t
2
.
2
h
e i g z

  
2
.
2
h

e i g z


     
2
2
h
e i

 
2
2
h
e i


   
II.3. Các loại công
II.3.1. Công thay đổi thể tích:W
tt
dv
p
Diện tích (v
1
12v
2
) =w
tt
2 2
1 1

.
v v
tt tt
v v
w w p d v
  
 
W
tt
= m.w
tt
(J)
dV
p
dx
S
p
dx
F
W
tt








II.3.2. Công kỹ thuật: w

kt
(J/kg); W
kt
=m.w
kt
(J)
w
kt
=-vdp
Công kỹ thuật là công của dòng môi chất chuyể
n
động(hệ hở) thực hiện được khi áp suất thay đổi.
2
1
12
.
p
kt
p
w v dp
 

p
v0
1
2
p
1
p
2

v
dp
Diện tích (p
1
12p
2
) = w
kt
W
kt
= m.w
kt
(J)