Giáo trình Nhiệt kỹ thuật (Nghề: Vận hành nhà máy nhiệt điện - Cao đẳng) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.06 MB, 57 trang )
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ
GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: NHIỆT KỸ THUẬT
NGHỀ
: VẬN HÀNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 213/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của
Trường Cao Đẳng Dầu Khí)
Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2022
(Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép dùng
nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình NHIỆT KỸ THUẬT được biên soạn theo chương trình khung các nghề
Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết bị
chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành nhà máy nhiệt điện.
Giáo trình dựa trên sự tham khảo nhiều tài liệu, sách, giáo trình của cùng mơn học cũng
như các môn liên quan khác dành cho các hệ đào tạo đại học, cao đẳng, đào tạo nghề và
trung học chuyên nghiệp trong nước. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên
hệ lơgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên
ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên
quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn.
Giáo trình “Nhiệt kỹ thuật” là tài liệu bắt buộc đối với học viên nghề, Vận hành thiết
bị chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết bị chế biến dầu khí, và Vận hành nhà máy nhiệt điện
hệ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề. Nội dung của giáo trình gồm 3 chương:
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí
Chương 2: Định luật nhiệt động thứ I. Các phương pháp tính nhiệt và cơng
Chương 3: Định luật nhiệt động thứ II
Giáo trình được biên soạn trên cơ sở người học đã nắm vững các kiến thức về phần
nhiệt trong môn vật lý ở phổ thông, nên không đi sâu vào phần lý luận mà chú ý nhiều đến
phần ứng dụng trong kỹ thuật, phục vụ cho việc học các môn chuyên môn.
Tài liệu này chỉ lưu hành trong nội bộ nhà Trường. Trong q trình biên soạn sẽ
khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được người sử dụng và các đồng nghiệp đóng
góp nhằm làm cho giáo trình ngày một hồn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2022
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Ths. Phạm Thị Nụ
2. Ths. Nguyễn Thị Thùy
3. Trần Thu Hằng
4. Th.S Nguyễn Văn Hịa
5. Ks. Phạm Cơng Quang
Trang 2
MỤC LỤC
TRANG
LỜI GIỚI THIỆU..........................................................................................................2
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG
THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ .......................................................................12
1.1. THƠNG SỐ TRẠNG THÁI ........................................................................................... 13
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật ...................................................... 13
1.1.2. Hệ nhiệt động ................................................................................................................ 14
1.1.3. Tính chất của thơng số trạng thái .................................................................................. 17
1.2. QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG ......................................................................................... 19
1.2.1. Khái niệm...................................................................................................................... 19
1.2.2. Các loại quá trình nhiệt động ........................................................................................ 20
1.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ .............................. 20
CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH
NHIỆT VÀ CƠNG ......................................................................................................25
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH NHIỆT LƯỢNG VÀ CƠNG.......................................... 26
2.1.1. Nhiệt lượng ................................................................................................................... 26
2.1.2. Nhiệt dung riêng ........................................................................................................... 29
2.1.3. Các phương pháp tính cơng .......................................................................................... 30
2.2. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ I .............................................................................. 32
2.2.1. Phát biểu định luật I ...................................................................................................... 32
2.2.2. Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I ............................................................. 33
2.2.3. Các q trình nhiệt động cơ bản của khí lý tưởng ........................................................ 35
2.2.4. Các q trình có một thơng số bất biến ........................................................................ 36
BÀI TẬP CHƯƠNG 2 ............................................................................................................ 46
CHƯƠNG 3: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II ................................................48
3.1. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II VÀ CÁC LOẠI CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG.. 49
3.1.1. Định luật nhiệt động thứ II ........................................................................................... 49
3.1.2. Chu trình thuận chiều.................................................................................................... 50
3.1.3. Chu trình ngược chiều .................................................................................................. 51
3.2. CHU TRÌNH CARNO THUẬN NGHỊCH .................................................................... 52
3.2.1. Chu trình Carno thuận nghịch thuận chiều ................................................................... 52
3.2.2. Chu trình Carno thuận nghịch ngược chiều .................................................................. 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................56
Trang 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 2.1. Q trình thay đổi trạng thái của hệ nhiệt động ............................................33
Hình 2.2. Trạng thái tiến hành quá trình nhiệt động .....................................................34
Hình 2.3. Biểu diễn q trình nhiệt động trên đồ thị cơng a) và đồ thị nhiệt b) ...........36
Hình 2.4 Đồ thị cơng và đồ thị nhiệt của q trình đẳng tích .......................................37
Hình 2.5. Đồ thị cơng và đồ thị nhiệt của q trình đẳng áp.........................................39
Hình 2.6. Đồ thị cơng và đồ thị nhiệt của q trình đẳng nhiệt ....................................40
Hình 2.7 Đồ thị cơng và đồ thị nhiệt của quá trình đoạn nhiệt .....................................42
Hình 3.1. Biểu diễn chu trình thuận chiều trên đồ thị cơng và nhiệt.............................50
Hình 3.2. Biểu diễn chu trình ngược chiều trên đồ thị cơng và nhiệt ...........................51
Hình 3.3. Biểu diễn chu trình Carnot thuận chiều trên đồ thị cơng và nhiệt .................52
Trang 4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Chỉ số đoạn nhiệt và nhiệt dung riêng của khí lý tưởng ...............................29
Trang 5
GIÁO TRÌNH MƠN HỌC
1. Tên mơn học: NHIỆT KỸ THUẬT
2. Mã mơn học: PETR612002
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơn học:
3.1. Vị trí: Là mơn học thuộc phần các môn học cơ sở của chương trình đào tạo nghề
Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết
bị chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành nhà máy nhiệt điện.
Môn học này được dạy trước các môn học, mô đun chun mơn nghề.
3.2. Tính chất: Mơn học này trang bị những kiến thức cơ bản về thông số trạng thái khí,
các phương pháp tính nhiệt và cơng trong q trình nhiệt động học có liên quan đến
nghề: Vận hành thiết bị khai thác dầu khí, Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, Sửa chữa
thiết bị chế biến dầu khí, Sửa chữa thiết bị khai thác dầu khí và Vận hành nhà máy nhiệt
điện.
3.3. Ý nghĩa và vai trò của môn học
4. Mục tiêu của môn học:
4.1. Về kiến thức:
A1. Trình bày được các thơng số trạng thái và phương trình trạng thái.
A2. Trình bày được khái niệm Nhiệt, Cơng và các phương pháp tính tốn.
A3. Trình bày được quá trình nhiệt động, nội dung và ý nghĩa của các định luật nhiệt
động.
4.2. Về kỹ năng:
B1. Phân tích được các Chu trình nhiệt động, chu trình Carno thuận nghịch.
B2. Giải được các bài toán nhiệt động cơ bản.
4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho học sinh, tính kiên nhẫn, chăm chỉ và
khả năng làm việc theo nhóm.
C2. Rèn luyện tính nghiêm túc, cẩn trọng trong q trình làm việc.
5. Nội dung của mơn học:
5.1. Chương trình khung
TT
Mã MH/MĐ
Tên môn học, mô đun
Thời gian đào tạo (giờ)
Trang 6
I
1
2
3
COMP64002
COMP62004
COMP62008
4
COMP64010
5
6
7
COMP63006
FORL66001
SAEN52001
II
8
9
10
11
12
II.1
ELET5201
ELEO53012
PETR612002
ELEI53115
ELET52116
II.2
Các mơn học chung/ đại
cương
Giáo dục chính trị
Pháp luật
Giáo dục thể chất
Giáo dục quốc phịng và
An ninh
Tin học
Tiếng Anh
An tồn vệ sinh lao động
Các môn học, mô đun
chuyên môn ngành,
nghề
Môn học, mơ đun cơ sở
An tồn điện
Điện kỹ thuật cơ bản
Nhiệt kỹ thuật
Đo lường điện
Khí cụ điện
Mơn học, mơ đun
chun môn ngành,
nghề
Tổng quan về nhà máy
nhiệt điện
Phần điện nhà máy điện
và trạm biến áp
Lò hơi và hệ thống thiết
bị phụ
Tua-bin hơi và hệ thống
thiết bị phụ
Thực hành, Kiểm tra
thí nghiệm,
thảo luận,
LT TH
bài tập
Tín
chỉ
Tổng
số
Lý
thuyết
23
465
180
260
16
9
4
2
2
75
30
60
41
18
5
29
10
51
4
2
0
1
0
4
4
75
36
35
2
2
3
6
2
75
120
30
15
42
23
58
72
5
0
6
2
2
0
0
61
1545
379
1096
26
44
12
2
3
2
3
2
240
30
45
45
75
45
112
28
42
14
14
14
116
0
0
29
58
29
8
2
3
1
1
1
4
0
0
1
2
1
49
1305
267
980
18
40
2
30
28
0
2
0
2
45
14
29
1
1
4
75
42
29
3
1
4
75
42
29
3
1
13
ELEO52056
14
ELET52137
15
ELEO54031
16
ELEO54059
17
18
19
ELET5316
ELEO53140
AUTM64116
Bảo vệ rơ le
Thí nghiệm điện cơ bản
PLC
3
3
3
75
75
75
14
14
14
58
58
58
1
1
1
2
2
2
20
ELEO55160
Vận hành lò hơi và hệ
thống thiết bị phụ 1
5
135
14
116
1
4
21
ELEO63161
Vận hành lò hơi và hệ
thống thiết bị phụ 2
3
75
14
58
1
2
22
ELEO55162
Vận hành Tua-bin hơi và
hệ thống thiết bị phụ 1
5
135
14
116
1
4
23
ELEO63163
Vận hành Tua-bin hơi và
hệ thống thiết bị phụ 2
3
75
14
58
1
2
Trang 7
24
25
25
ELET55157
ELET54153
ELET63120
Trang bị điện 1
Thực tập sản xuất
Khóa luận tốt nghiệp
Tổng cộng
5
4
3
84
120
180
135
2010
28
15
0
559
87
155
129
1356
2
0
0
42
3
10
6
53
5.2. Chương trình chi tiết mơn học
Số
TT
1
2
3
Tên chương, mục
Chương 1: Một số khái niệm cơ
bản và phương trình trạng thái
của vật chất ở thể khí
1. Thơng số trạng thái
2. Q trình nhiệt động
3. Phương trình trạng thái của vật
chất ở thể khí
Chương 2: Định luật nhiệt động
thứ I. Các phương pháp tính
Nhiệt và Cơng
1. Các phương pháp tính nhiệt
lượng và công
2. Định luật nhiệt động thứ nhất
Chương 3: Định luật nhiệt động
thứ II
1. Định luật nhiệt động thứ hai và
các loại chu trình nhiệt động
2. Chu trình Carno thuận nghịch
Cộng
Tổng
số
Thời gian (giờ)
Thực
hành, thí
Lý
nghiệm,
thuyết
thảo luận,
bài tập
Kiểm tra
LT
TH
1
0
18
6
11
6
2
3
2
3
10
1
8
1
0
14
3
11
0
0
6
2
4
8
1
7
13
4
8
1
1
7
2
5
6
45
3
14
2
29
0
2
1
0
6. Điều kiện thực hiện mơn học:
6.1. Phịng học Lý thuyết/ Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
6.2. Trang thiết bị dạy học: Projector, máy vi tính, bảng, phấn
6.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình học tập,…
6.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về cơng tác xây dựng phương án
khắc phục và phòng ngừa rủi ro tại doanh nghiệp.
7. Nội dung và phương pháp đánh giá:
7.1. Nội dung:
Trang 8
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập
7.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
7.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thơng tư
số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh
và Xã hội.
Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như
sau:
Điểm đánh giá
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học
Trọng số
40%
60%
7.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp
đánh giá
Phương pháp
tổ chức
Hình thức
kiểm tra
Chuẩn đầu ra
đánh giá
Số
cột
Thời điểm
kiểm tra
Thường xuyên
Viết/
Tự luận/
A2, B2,
1
Sau 21 giờ.
Thuyết trình
Trắc nghiệm/
C1, C2
1
Sau 10 giờ
Trắc nghiệm/ A3, B1, B2, C1, C2
Báo cáo
1
Sau 30 giờ
Trắc nghiệm
1
Sau 30 giờ
Báo cáo
Định kỳ
Viết/
Thuyết trình
Kết thúc mơn
học
Viết
Tự luận/
A1, B2, C1, C2
A1, A2, A3
B1, B2,
C1, C2
Trang 9
7.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang
điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân.
- Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học
nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ
số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy
định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.
8. Hướng dẫn thực hiện môn học
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí
8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mơn học
8.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: thuyết trình ngắn, nêu
vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận….
* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày
nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được
cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết. Nếu người học vắng >30% số
tiết lý thuyết phải học lại mơn học mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc
theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 8-10 người học sẽ được cung cấp chủ
đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về
1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hồn thiện
tốt nhất tồn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9. Tài liệu tham khảo:
Trang 10
[1] PGS.TS Phạm Lê Dần – GS. TSKH Đặng Quốc Phú, Cơ sở kỹ thuật nhiệt, NXB
Khoa học và kỹ thuật. 2015
[2] PGS.TS Bùi Hải, PGS.TS Trần Thế Sơn, Nhiệt kỹ thuật, NXB Khoa học và kỹ thuật.
[3] PGS.TS. Phạm Hữu Tân Hiệu đính: PGS.TS. Trần Hồng Hà, Nhiệt kỹ thuật, NXB
Hàng Hải.
Trang 11
CHƯƠNG 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG TRÌNH
TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ
❖ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1
Chương 1 là chương giới thiệu bức tranh tổng quan về một số nội dung cơ bản thông
số trạng thái và phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí để người học có được
kiến thức nền tảng và dễ dàng tiếp cận nội dung môn học ở những chương tiếp theo.
❖ MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG NÀY LÀ:
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
➢ Về kiến thức:
- Trình bày được những khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái khí.
➢ Về kỹ năng:
- Áp dụng được trình trạng thái khí vào giải các bài tập trong nhiệt kỹ thuật.
➢ Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Rèn luyện tác phong làm việc khoa học cho học sinh, tính kiên nhẫn, chăm chỉ và
khả năng làm việc theo nhóm.
❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP CHƯƠNG 1
-
Đối với người dạy: sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng,
vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học thực hiện câu hỏi thảo luận và
bài tập chương 1 (cá nhân hoặc nhóm).
-
Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình (chương 1) trước buổi học;
hồn thành đầy đủ câu hỏi thảo luận và bài tập tình huống chương 1 theo cá nhân
hoặc nhóm và nộp lại cho người dạy đúng thời gian quy định.
❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN CHƯƠNG 1
-
Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Khơng
-
Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác
-
Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài liệu
tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
-
Các điều kiện khác: Không có
❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 1
-
Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 12
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
-
Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xun: khơng có.
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: 1 điểm kiểm tra (hình thức tự luận/trắc nghiệm)
❖ NỘI DUNG CHƯƠNG 1
1.1. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI
1.1.1. Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật
Nhiệt động lực học là 1 bộ phận của vật lý học, nghiên cứu những quy luật về biến
đổi năng lượng mà chủ yếu là nhiệt năng và cơ năng và các biện pháp nhằm nâng cao
hiệu quả của các sự biến đổi đó.
Cơ sở của nhiệt động lực học là 2 định luật thực nghiệm:
- Định luật nhiệt động thứ nhất: Đây là định luật về bảo toàn và biến hóa năng lượng
(cơng, nhiệt lượng, các dạng năng lượng khác như động năng, thế năng) trong phạm
vi nhiệt động.
- Định luật nhiệt động thứ 2: Chỉ ra chiều hướng diễn biến của các quá trình, thiết
lập giới hạn tối đa của biến hóa năng lượng từ nhiệt sang công trong các động cơ nhiệt,
nêu lên điều kiện để thực hiện những quá trình ngược với chiều tự phát.
Đối tượng nghiên cứu trong phạm vi nhiệt động lực học còn gọi là hệ thống nhiệt
động. Bên trong hệ thống này nhất định phải có chất cơng tác mà ta gọi là chất môi giới.
Khi hệ thống hoạt động, trạng thái của chất mơi giới phải có sự thay đổi. Nhờ đó làm
xuất hiện sự trao đổi cơng và nhiệt lượng giữa chất mơi giới và mơi trường. Hay nói
cách khác chính sự trao đổi cơng và nhiệt lượng giữa chất môi giới và môi trường làm
cho trạng thái của chất môi giới bị thay đổi.
Tùy theo hướng chuyển động của nhiệt lượng mà người ta chia các máy nhiệt ra
thành 2 loại: Loại thuận chiều (năng lượng được truyền theo chiều thuận từ nơi có nhiệt
độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp), loại ngược chiều (năng lượng được truyền theo chiều
ngược lại từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao)
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 13
Các máy nhiệt làm việc theo chu trình thuận chiều được gọi chung là động cơ nhiệt,
đây là chiều truyền nhiệt tự nhiên nên ta nhận được cơng có ích.
Các máy nhiệt làm việc theo chu trình ngược chiều gọi là bơm nhiệt hay máy làm
lạnh, đây là chiều truyền nhiệt không tự nhiên nên ta phải tốn công.
1.1.2. Hệ nhiệt động
a.
Hệ thống nhiệt động
Là khoảng khơng gian trong đó có chứa 1 lượng nhất định chất mơi giới đang được
khảo sát bằng các biện pháp nhiệt động. Còn tất cả những gì khơng nằm trong hệ thống
và khơng thuộc phạm vi khảo sát gọi chung là môi trường. Giữa chất môi giới và môi
trường luôn luôn tồn tại bề mặt ngăn cách. Bề mặt này có thể là bề mặt thật hoặc tưởng
tượng, có thể đứng yên hoặc chuyển động và có thể thay đổi tùy thuộc vào mục đích
nghiên cứu cụ thể nào đó.
Bất kỳ hệ thống nhiệt động nào cũng phải có: Chất mơi giới, nguồn nóng, nguồn
lạnh.
➢ Hệ thống nhiệt động kín:
Lượng chất mơi giới bên trong hệ thống được duy trì khơng đổi, chất mơi giới không
thể đi xuyên qua bề mặt ngăn cách giữa hệ thống và mơi trường. Ví dụ: máy lạnh
➢ Hệ thống nhiệt động hở:
Chất mơi giới có thể đi vào, đi ra khỏi hệ thống, có nghĩa là chất mơi giới có thể đi xun
qua bề mặt ranh giới. Ví dụ: Động cơ đốt trong, động cơ phản lực, tua bin khí.
➢ Hệ thống nhiệt động đoạn nhiệt:
Chất mơi giới và mơi trường khơng có sự trao đổi nhiệt, có nghĩa là trong q trình hoạt
động thì chất mơi giới hồn tồn khơng nhả nhiệt ra mơi trường cũng như không nhận
nhiệt từ môi trường.
➢ Hệ thống nhiệt động cô lập:
Chất mơi giới và mơi trường hồn tồn khơng bất kỳ sự trao đổi nhiệt lượng nào có
nghĩa là hệ thống khơng có sự trao đổi nhiệt và cơng với mơi trường.
b.
Nguồn nhiệt
Bao gồm: nguồn nóng và nguồn lạnh (xét cùng 1 hệ thống, nguồn nào có nhiệt độ
cao hơn là nguồn nóng, và nguồn nào có nhiệt độ thấp hơn là nguồn lạnh)
Do ý nghĩa tương đối này nên với cùng 1 nguồn, có thể đối với hệ thống này nó là
nguồn nóng cịn đối với hệ thống khác nó là nguồn lạnh. Ví dụ: Đối với động cơ đốt
trong, mơi trường khơng khí xung quanh là nguồn lạnh; cịn trong tủ lạnh thì mơi trường
khơng khí xung quanh là nguồn nóng.
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 14
c.
Động cơ nhiệt, bơm nhiệt và máy làm lạnh
➢ Động cơ nhiệt:
Là loại máy nhiệt dùng để sinh công.
Trong các loại máy này, chất môi giới sẽ vận
chuyển nhiệt lượng theo chiều thuận từ nguồn
nóng đến nguồn lạnh và giãn nở sinh cơng.
Ví dụ: động cơ đốt trong, động cơ phản lực,
thiết bị động lực hơi nước, các loại tuabin.
Gọi Q1: nhiệt lượng mà chất môi giới nhận
được từ nguồn nóng
Q2: nhiệt lượng mà chất mơi giới nhả ra
cho nguồn lạnh
W: công sinh ra
Quy ước chung:
Q (+): nhận nhiệt
Q (-): tỏa nhiệt
W (+): sinh công
W (-): nhận công
Theo định luật bảo toàn năng lượng:
Q1 = |Q2| + W
Hiệu suất nhiệt (mức độ biến đổi từ nhiệt sang công)
=
Q
W Q1 − Q2
=
= 1− 2
Q1
Q1
Q1
Nếu tính theo 1 đơn vị khối lượng của chất mơi giới, ta có:
=
Nhận xét:
q
w
= 1− 2
q1
q1
0 < ƞ <1
Bơm nhiệt, máy làm lạnh
Bơm nhiệt và máy làm lạnh đều là loại máy
nhiệt nhận cơng từ bên ngồi để vận chuyển nhiệt
lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn
nóng
Gọi Q1: nhiệt lượng mà chất mơi giới nhả ra cho
nguồn nóng
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 15
Q2: nhiệt lượng mà chất môi giới nhận vào từ nguồn lạnh
W: cơng nhận vào
Ta có:
|Q1| = Q2 + |W|
+ Hệ số làm nóng (dùng để đánh giá tính hiệu quả của bơm nhiệt): φ
=
Q1
Q1
=
W Q1 − Q2
+ Hệ số làm lạnh (dùng để đánh giá hiệu quả của các loại máy lạnh): ε
=
Q2
Q2
=
W Q1 − Q2
Tính theo 1 đơn vị của chất môi giới
=
d.
q1
q1 − q2
;
=
q2
q1 − q2
Chất môi giới
Là chất trung gian thực hiện sự biến đổi và chuyển tải năng lượng trong các hệ
thống nhiệt động.
Ví dụ: Tuabin khí, động cơ đốt trong: sản phẩm cháy của nhiên liệu;
Động cơ hơi nước: hơi nước
Hệ thống lạnh: ammonia, freon (tác nhân lạnh)
Hệ thống sấy: tác nhân sấy
Chất môi giới có thể ở trạng thái rắn, lỏng, khí, hơi. Thường gặp chất mơi giới ở
trạng thái khí và hơi
Nếu chất mơi giới được xem là khí, ta sẽ giải quyết vấn đề 1 cách đơn giản hơn
thông qua các công thức bằng cách đưa ra 1 khái niệm mới là khí lý tưởng. Ta gọi 1 chất
mơi giới ở thể khí là khí lý tưởng nếu nó thỏa mãn các điều kiện sau
−
Thể tích bản thân các phân tử bằng 0
−
Lực tương tác giữa các phân tử bằng 0
−
Các phân tử chỉ là những chất điểm chuyển động
Có thể xem oxy, nitơ, argon, helium, hydro, hơi nước có trong khơng khí ẩm… ở
trạng thái thường gặp là khí lý tưởng.
Hơi nước trong thiết bị động lực hơi nước, tác nhân lạnh trong các hệ thống lạnh
… không được xem là khí lý tưởng.
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 16
1.1.3. Tính chất của thơng số trạng thái
Các thơng số dùng để xác định trạng thái của chất môi giới gọi là thông số trạng thái.
Để xác định 1 trạng thái nào đó của chất mơi giới, người ta phải dùng ít nhất 2 thơng số
trạng thái độc lập với nhau.
Nhiệt độ
Nhiệt độ là thơng số biểu thị mức nóng lạnh của mơi chất, chính nhiệt độ là yếu tố
quyết định hướng chuyển động của dịng nhiệt, có nhiều thang đo nhiệt độ khác nhau:
1. Thang nhiệt độ bách phân - Celcius (oC). Thang nhiệt độ này được xây dựng trên
cơ sở 2 điểm mốc: điểm nước đá tan và điểm nước sôi ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn.
Nhiệt độ tương ứng của 2 điểm này được chọn là 0oC và 100oC
2. Thang nhiệt độ tuyệt đối Kenvin (oK), được xây dựng trên cơ sở định luật nhiệt
động thứ 2, độ chênh lệch nhiệt độ giữa oC và oK được chọn bằng nhau.
Trong hệ thống SI, nhiệt độ Kenvin được chọn là cơ sở trong các phép tính nhiệt
động
3. Thang nhiệt độ tuyệt đối Rankine (oR). Về mặt trị số, điểm không của thang nhiệt
độ tuyệt đối Kenvin và Rankine được chọn trùng nhau.
4. Thang nhiệt độ Fahrenheit (oF)
Mối quan hệ giữa các thang đo nhiệt độ:
5
5
9
9
ToC = TK – 273 = (toF - 32) = ToR – 273
Chú ý: - Dụng cụ đo nhiệt độ gọi chung là nhiệt kế. Để đo nhiệt độ người ta dựa vào
các tính chất vật lý của vật thay đổi theo nhiệt độ. Ví dụ: dựa vào sự giãn nở của chất
lỏng theo nhiệt độ ta có nhiệt kế chất lỏng (thủy ngân, rượu,…) dựa vào điện trở phụ
thuộc vào nhiệt độ ta có nhiệt kế điện trở, dựa vào hiệu ứng nhiệt điện ta có nhiệt kế cập
nhiệt.
Áp suất
Áp suất là lực của mơi chất tác động thẳng góc lên 1 đơn vị diện tích bề mặt tiếp
xúc :
P = F/A
(N/m2 = 1 Pa)
-
Quan hệ giữa các đơn vị thường gặp:
1 kPa = 103 Pa;
1Pa = 1N/m2 =
1 Mpa = 106 Pa
1
9,81
mmH2O =
1
133,32
mmHg = 10-5bar
1 bar = 105 Pa = 750 mmHg = 14500 psi = 1kg/cm2
1 at = 0,98 bar = 10 mH2O = 735,5 mmHg
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 17
Ta chia ra:
- Áp suất tuyệt đối (p): Độ chênh lệch giữa áp suất của 1 mơi trường nào đó so với
chân khơng tuyệt đối.
- Áp suất khí quyển (po): áp suất của khí trời (ở trên mặt đất). Đo áp suất khí quyển
bằng barometer (áp suất khí quyển thay đổi theo độ cao so với mặt biển)
- Áp suất dư (pd): độ chênh lệch giữa áp suất môi trường và áp suất khí quyển (áp
suất mơi trường > áp suất khí quyển). Đo áp suất dư bằng manometer (áp kế).
- Áp suất chân không (độ chân không: pck): độ chênh lệch giữa áp suất mơi trường
và áp suất khí quyển (áp suất mơi trường < áp suất khí quyển). Đo độ chân không bằng
vacummeter (chân không kế)
Chú ý: - Chỉ có áp suất tuyệt đối mới được coi là thơng số trạng thái (do đó trong
các bảng tính chất nhiệt động của khí và hơi đều cho theo áp suất tuyệt đối)
Thể tích riêng và khối lượng riêng
Một vật có khối lượng G kg, thể tích V m3 thì có khối lượng riêng là:
=
G
V
(kg/m3)
và thể tích riêng là:
=
V 1
=
G
(m3/kg)
Nội năng (U)
Nội năng của một vật là toàn bộ năng lượng bên trong vật đó, gồm nội nhiệt năng,
hóa năng và năng lượng nguyên tử.
Đơn vị đo là: kJ, kcal, kwh, BTU (British Thermal Unit), CHU (Centigrade Heat
Unit)
1kJ = 0,293 kcal = 277,78. 10-6 kWh = 0,948 BTU = 0,527 CHU
Ở trạng thái cân bằng ta có:
U = G.u
Trong đó: - U (kJ): nội năng tương ứng với khối chất mơi giới có khối lượng G (kg)
- u (kJ/kg): nội năng tính theo 1 kg chất mơi giới.
Entanpi (I), (i)
Khi tính tốn và phân tích về nhiệt, thường gặp biểu thức (u + pν), để đơn giản ta
kí hiệu bằng i hay I và gọi là entanpi, trong đó u là nội năng, pν là thế năng áp suất hoặc
năng lượng đẩy (là năng lượng tạo ra công lưu động để đẩy dòng lưu chất dịch chuyển
trong trường hợp hệ hở).
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 18
Đối với 1 kg mơi chất, ta có:
i = u + pν
Đối với G kg mơi chất, ta có:
I = G.i = G (u + pν)
Vì u, p, ν đều là thông số trạng thái nên I cũng là thông số trạng thái. Đối với khí
lý tưởng u và pν chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên i cũng phụ thuộc vào nhiệt độ.
Entanpi là loại thông số trạng thái khơng trực tiếp đo được mà phải tính tốn thơng
qua các thông số trạng thái cơ bản là u, p...
Đối với khí lý tưởng, do lực tương tác giữa các phần tử xem như bằng 0 nên entanpi
của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, nghĩa là I = f(T). Trong mọi quá trình,
entanpi được xác định bằng:
di = cpdT
và
Δi = cp (T2 – T1)
Đơn vị đo: kJ, kcal, kwh.
Entropi (S), (s)
Entropi là một thông số trạng thái, đặc trưng cho quá trình nhận nhiệt hoặc thải
nhiệt : nhận nhiệt thì entropi tăng, thải nhiệt thì entropi giảm.
1.2. QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
1.2.1. Khái niệm
Pha: được dùng để biểu diễn 1 khối chất mơi giới có cùng cấu trúc vật lý (rắn. lỏng,
hơi hay khí) và thành phần hóa học.
Khi cấp nhiệt hoặc thải nhiệt, tất cả các môi chất đều thay đổi trạng thái và chuyển
pha ở áp suất và nhiệt độ khác nhau:
- Nóng chảy: là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha lỏng và quá trình ngược lại
chuyển từ pha lỏng sang pha rắn gọi là đơng đặc. Mơi chất nhận nhiệt khi nóng chảy và
thải nhiệt khi đơng đặc.
- Hóa hơi: là q trình chuyển từ pha lỏng sang pha hơi và ngược lại chuyển từ
pha hơi sang pha lỏng gọi là ngưng tụ. Mơi chất nhận nhiệt khi hóa hơi và thải nhiệt khi
ngưng tụ.
Tùy điều kiện khác nhau, q trình hóa hơi có thể chia ra làm 2 q trình bay hơi và
q trình sơi. Q trình bay hơi chỉ xảy ra trên mặt thống, cịn q trình sơi xảy ra ở cả
khối mơi chất. Nhiệt độ ở q trình hóa hơi hoặc ngưng tụ gọi là nhiệt độ bão hòa (hoặc
nhiệt độ sơi). Nhiệt độ bão hịa phụ thuộc vào áp suất. Nước ở áp suất khí quyển có nhiệt
độ bão hịa (nhiệt độ sơi) xấp xỉ 100oC.
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 19
- Thăng hoa: là quá trình chuyển từ pha rắn sang pha hơi và ngược lại quá trình
chuyển từ pha hơi sang pha rắn gọi là quá trình ngưng kết. Môi chất nhận nhiệt khi thăng
hoa và thải nhiệt khi ngưng kết.
Trong 1 chu trình ln ln có q trình nhận nhiệt từ nguồn này, nhả nhiệt cho
nguồn kia và kèm theo q trình nhận hoặc sinh cơng. Do đó, trong 1 chu trình nhiệt
động ít nhất phải có: 1 nguồn nóng, 1 nguồn lạnh và chất mơi giới.
1.2.2. Các loại q trình nhiệt động
Trong nhiệt động lực học, khơng những chúng ta chỉ xét q trình nói chung mà ta
cần chú ý đến cả chiều diễn biến của quá trình. Vì thế dưới đây ta sẽ xét khái niệm q
trình thuận nghịch và q trình khơng thuận nghịch.
Q trình thuận nghịch là quá trình diễn biến theo cả hai chiều, trong đó nếu lúc
đầu q trình diễn ra theo một chiều nào đó (chiều thuận) rồi sau lại diễn ra theo chiều
ngược lại để trở về trạng thái ban đầu thì hệ đi qua mọi trạng thái giống như lúc hệ diễn
biến theo chiều thuận và khi hệ đã trở về trạng thái ban đầu thì khơng gây ra một biến
đổi gì cho ngoại vi.
Mọi quá trình thuận nghịch đều là q trình chuẩn cân bằng. Ta có thể biểu diễn
quá trình thuận nghịch trên đồ thị bằng một đường cong liền nét như đối với quá trình
chuẩn cân bằng.
Mọi quá trình thực do diễn biến nhanh hoặc vì bao giờ cũng có sự tỏa nhiệt do ma
sát nên chúng đều khơng phải là q trình thuận nghịch. Trong trường hợp này khi hệ
trở lại trạng thái ban đầu thì quá trình đã gây ra một sự biến đổi cho ngoại vi và quá trình
bao gồm một dãy các trạng thái khơng cân bằng. Những q trình này gọi là q trình
khơng thuận nghịch. Nếu chúng xảy ra càng chậm và càng ít ma sát thì chúng càng gần
đúng với q trình thuận nghịch và các qúa trình đó đều là những q trình đã được lý
tưởng hóa .
Nhiệt động lực học nghiên cứu sự biến đổi năng lượng trong quá trình chuẩn cân
bằng tức là những quá trình thuận nghịch. Những quá trình này được gọi chung là q
trình nhiệt động lực học.
Q trình khơng thuận nghịch nếu như hệ thống và mơi trường khơng duy trì được
trạng thái ban đầu của nó sau khi q trình diễn ra. Tất cả các quá trình diễn ra trong
thực tế đều là q trình khơng thuận nghịch vì các trạng thái trung gian không thể thỏa
mãn điều kiện cân bằng như đã nói.
1.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA VẬT CHẤT Ở THỂ KHÍ
Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 20
➢ Đối với khối khí có khối lượng 1kg, ta có:
pν = RT
➢ Đối với khối khí có khối lượng là G kg, thể tích V (m3) thì ta có:
Gpν = GRT
Hay pV = GRT
➢ Đối với 1kmol (µkg) khí lý tưởng, ta có:
pVµ = Rµ.T
Trong đó:
- ν: thể tích riêng, m3/kg
- R: Hằng số chất khí
(R=
R
=
8314
, J/kg.K)
- µ: phân tử lượng của mơi chất, µkg gọi là 1kilomol
- Rµ: hằng số phổ biến của mơi chất, tất cả khí lý tưởng đều có Rµ=8314 J/kmol.K)
- T: nhiệt độ tuyệt đối, K
- p: áp suất tuyệt đối, N/m2
- V: thể tích của mơi chất ; m3
- Vµ: thể tích của 1 kilomol môi chất, thay đổi theo trạng thái, ở điều kiện tiêu chuẩn
(p=760mmHg và t=0oC), tất cả khí lý tưởng đều có thể tích bằng 22,4m3, nghĩa là:
Vµ=22,4m3tc/kmol
Chú ý: Các phương trình trên viết cho khí lý tưởng ở trạng thái cân bằng, với khí thực
hoặc trạng thái khơng cân bằng sẽ có sai số, tùy theo yêu cầu về độ chính xác của bài
tính mà xét cho phép sử dụng hay khơng
❖ TĨM TẮT CHƯƠNG 1
Trong chương này, một số nội dung chính được giới thiệu:
- Thơng số trạng thái: nhiệt độ, áp suất, thể tích riêng, khối lượng riêng, các q
trình nhiệt động, hằng số khí lý tưởng.
- Phương trình trạng thái của khí lý tưởng:
❖ CÂU HỎI VÀ TÌNH HUỐNG THẢO LUẬN CHƯƠNG 1
Câu 1. Em hãy trình bày đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật?
Câu 2. Có những hệ nhiệt động nào? Hãy trình bày từng hệ nhiệt động.
Câu 3. Trình bày các tính chất của các thơng số trạng thái?
Câu 4. Mơ tả các q trình nhiệt động?
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 21
Viết phương trình trạng thái của vật chất ở thể khí? Giải thích các thơng số.
Câu 5. Tác nhân làm lạnh Freon sau khi đi qua van tiết lưu số 1 sẽ giãn nở, giảm nhiệt
độ rồi đi đến thiết bị bốc hơi số 2. Ở đây, nó sẽ nhận nhiệt từ nguồn lạnh và hóa thành
hơi, sau đó tiếp tục đi qua máy nén số 3, ở đây máy nén sẽ nhận cơng từ bên ngồi để
nén chất mơi giới đến 1 áp suất và nhiệt độ nào đó. Ở thiết bị ngưng tụ số 4, chất môi
giới sẽ nhả nhiệt cho nguồn nóng và ngưng tụ. Sau đó tiếp tục đi vào van tiết lưu để thực
hiện chu trình mới. Hãy xác định:
a.
b.
c.
d.
Chất mơi giới của hệ nhiệt động?
Nguồn nhiệt sử dụng trong hệ nhiệt động?
Loại hệ nhiệt động?
Loại máy nhiệt?
Câu 6. Máy nén 1 cung cấp không khí cho buồng đốt 2, nhiên liệu lỏng nhờ bơm dầu
bơm qua vịi phun vào buồng đốt. Q trình cháy trong buồng đốt 2 là quá trình đẳng
áp. Sản phẩm cháy từ buồng đốt được giãn nở đoạn nhiệt qua ống tăng tốc rồi đi vào
tuabin cánh động số 3. Ở đây động năng biến thành cơ năng và làm quay trục tuabin.
Hãy xác định:
a.
b.
c.
d.
Chất môi giới trong hệ thống?
Loại hệ nhiệt động?
Loại máy nhiệt?
Các nguồn nhiệt mà hệ thống hoạt động?
Câu 7. Hãy đổi 0oC, 100oC ra độ Kenvin, Farenheit và Rankine?
Câu 8. Áp suất dư trong lò hơi là 0,3at, chỉ số baromet là 725 mmHg. Áp suất dư trong
lò hơi sẽ thay đổi ra sao nếu baromet nâng lên 785 mmHg. Khi tính tốn coi áp suất
tuyệt đối trong lị hơi khơng đổi và nhiệt độ ngồi trời là 0oC.
Câu 9. Xác định áp suất tuyệt đối của khí trong bình nếu manomet của nó bằng
500mmHg và áp suất khí trời bằng 750mmHg, nhiệt độ khơng khí tại chỗ đặt dụng cụ
đo là 0oC.
Câu 10. Xác định áp suất tuyệt đối trong bình ngưng của tuabin hơi nếu chỉ số của chân
khơng kế trong bình ngưng bằng 705mmHg và chỉ số baromet bằng 747mmHg, nhiệt
độ khơng khí tại chỗ đặt dụng cụ đo là 0oC.
Câu 11. 7. Xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn
vật lý và ở điều kiện áp suất dư 0,2 at, nhiệt độ 127oC. Biết áp suất khí quyển là
760mmHg. Biết µ=28
Câu 12. Xác định thể tích của 2kg khí O2 ở áp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47oC. Biết µ=32
Câu 13. Xác định khối lượng của 2m3 khí O2 ở áp suất 4,157 bar, nhiệt độ 47oC
Câu 14. 1kg khơng khí khơ có thành phần khối lượng của N2 là 76,8%, của O2 là 23,2%.
Hãy xác định thành phần thể tích, hằng số chất khí, phân tử lượng trung bình của hỗn
hợp?
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 22
Câu 15. Hỗn hợp khí gồm O2 và H2 có thành phần thể tích lần lượt là 30%, và 70%. Xác
định hằng số chất khí của hỗn hợp, thành phần khối lượng và phân áp suất của khí thành
phần nếu biết áp suất của hỗn hợp là p=1bar
Câu 16. Một hỗn hợp có thành phần khối lượng của N2 là 60%, của CO2 là 40%. Xác
định hằng số chất khí, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn (po=760mmHg,
to=0oC)
Câu 17. Thành phần thể tích của sản phẩm cháy là CO2=12,3%, O2=7,2%, N2=80,5%.
Hãy xác định phân tử lượng, hằng số chất khí, thể tích riêng và khối lượng riêng của
hỗn hợp ở áp suất 1bar và nhiệt độ bằng 800oC?
Câu 18. Khối lượng riêng của khí trong bình sẽ giảm đi mấy lần nếu nhiệt độ của khí
khơng đổi nhưng chỉ số của áp suất dư ở trạng thái đầu là 17at, còn trạng thái cuối là
2at. Biết áp suất khí trời bằng 735,6mmHg
Câu 19. Trong xilanh kín ở giữa đặt 1 pittong có thể chuyển động khơng ma sát. Bên
phải xi lanh chứa 1kg khí H2 cịn phía trái chứa 1kg khí cacbonic. Hãy xác định tỷ số
thể tích của 2 chất khí khi cân bằng.
Câu 20. Khí khói trong buồng đốt lửa lị hơi được làm lạnh từ 1200oC đến 250oC. Hỏi
thể tích của khí khói sẽ giảm đi mấy lần nếu áp suất của nó ở đầu và cuối đường ra là
như nhau.
Câu 21. Trong xilanh có pittong chuyển động chứa khí lý tưởng với áp suất dư 0,198
bar. Hỏi thể tích khí tăng lên mấy lần nếu ta dịch chuyển pittong sao cho độ chân khơng
trong đó là 600mmHg. Biết rằng áp suất khí trời đo bằng chiều cao cột thủy ngân quy
về 0oC là 780mmHg
Câu 22. Hãy xác định thể tích riêng, khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn
và ở điều kiện có áp suất dư 0,2at và nhiệt độ là 127oC. Biết áp suất khí trời là 780mmHg
ở 0oC
Câu 23. Tìm áp suất của hỗn hợp nếu khối lượng của nó G=20kg, V=4m3, t=100oC và
thành phần thể tích của hỗn hợp là rO2=0,4; rCO2=0,6
Câu 24. Thành phần khối lượng của sản phẩm cháy là H2=1,5%; CO2=10%;
CO=88,5%. Xác định thành phần thể tích, khối lượng riêng và thể tích riêng của hỗn
hợp khi p=1,96 bar và t=100oC
Câu 25. Tính thể tích của 3kg hỗn hợp khí, biết thành phần khối lượng của chúng là
gO2=0,4; gN2= 0,2; gCO2=0,4; nhiệt độ của hỗn hợp t= 50oC, áp suất dư là 600mmHg và
áp suất khí trời là 760mmHg (ở 0oC)
Câu 26. Xác định khối lượng của 4m3 hỗn hợp khí có thành phần thể tích như sau:
rO2=0,4; rN2=0,2; rCO2=0,4. Nhiệt độ của hỗn hợp khí t=50oC, áp suất dư 0,4at. Áp suất
khí trời 700mmHg (ở 0oC)
Câu 27. Một bình kín thể tích 100 lít, chứa 58,2g khí lý tưởng. Áp kế gắn trên nắp bình
chỉ độ chân khơng 420 mmHg, nhiệt độ khí trung bình là 27oC, áp suất khí quyển
760mmHg. Xác định khí trong bình là khí gì.
Câu 28. Một bình có thể tích 0,5m3, chứa khơng khí ở áp suất dư 2 bar, nhiệt độ 20oC.
Lượng khơng khí cần thốt ra khỏi bình là bao nhiêu để áp suất trong bình có độ chân
khơng 420mmHg, trong điều kiện nhiệt độ trong bình xem như khơng đổi. Biết áp suất
khí quyển 768 mmHg
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 23
Câu 29. Một bình kín thể tích 200 lít chứa 0,2 kg khí N2, áp suất khí quyển là 1 bar
a. Nếu nhiệt độ trong bình là 7oC, xác định chỉ số áp kế (chân khơng kế) gắn trên
nắp bình.
b. Nếu nhiệt độ trong bình là 127oC, xác định chỉ số áp kế gắn trên nắp bình.
Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và PTTT của vật chất ở thể khí
Trang 24
