Định luật nhiệt động thứ nhất

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -1-
CHƯƠNG 2
Đ
Đ
Ị
Ị
N
N
H
H


L
L
U
U
A
A
Ä
Ä
T
T


N
N
H
H
I

I
E
E
Ä
Ä
T
T


Đ
Đ
O
O
Ä
Ä
N
N
G
G


T
T
H
H
Ư
Ư
Ù
Ù

N
N
H
H
A
A
Á
Á
T
T





1. CÔNG
1.1 KHÁI NIỆM
- Công cơ học W được xem là tích số giữa lực F và đoạn đường dòch chuyển dx
theo chiều tác động của lực:
]m].[N[]J[
FdxW


2
1

F
dx

- Công không phải là thông số trạng thái, tức là không thể nói tại một trạng
thái nào đó công có giá trò là bao nhiêu mà công chỉ xuất hiện khi chất môi giới
tiến hành một quá trình nào đó.
- Qui ước dấu: công > 0 : sinh công
công < 0 : nhận công
1.2 CÔNG TRONG HỆ KÍN
- Dưới tác động của áp suất chất môi giới, bề mặt ranh giới sẽ bò dòch chuyển
làm tăng (giảm) thể tích chất môi giới ta gọi đó là công giản nở (nén).
- Hai loại công này đều làm thay đổi thể tích của khối chất môi giới vậy gọi
chung là công do sự thay đổi thể tích w
tt

Môi chất
F=p.A
dx
dV

Gọi A: tiết diện pittông
p: áp suất của môi chất
V: thể tích
Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -2-



2
1
V
V

tt
tt
pdVWhay
pdVpAdxFdxW

Viết cho 1 kg:


2
1
v
v
tt
pdvw

1.2 CÔNG TRONG HỆ HỞ
- Như đã trình bày trong chương trước, hệ hở là hệ mà chất môi giới có thể đi
vào và đi ra khỏi hệ như các thiết bò: máy nén, tuabin, quạt, …
- Công trong hệ hở w gồm hai thành phần:
+ Công kỹ thuật w
kt
: là công có thể sử dụng trong kỹ thuật như công liên
quan đến trục quay, công do sự dòch chuyển của bề mặt ranh giới, …

vdpwhayvdpw
ttkt


2
1

p

, dp

, w
kt



p

, dp

, w
kt



p = const, dp = 0, w
kt
= 0
+ Công lưu động w
lđ
: là thành phần công có liên quan đến áp suất của
chất môi giới tác động lên bề mặt ranh giới ở đầu vào và đầu ra của hệ.
2. NHIỆT LƯNG
- Nhiệt lượng là lượng năng lượng đi xuyên qua bề mặt ranh giới khi giữa chất
môi giới và môi trường có sự chênh lệch nhiệt độ.
- Cũng như công, khái niệm nhiệt lượng tại một trạng thái là hoàn toàn vô

nghóa, nhiệt lượng chỉ xuất hiện khi tiến hành một quá trình nào đó.
 Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng: Trong chương trình phổ thông
chúng ta đã học công thức tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng Q = Gc
t
hay
q=c
t

Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -3-
Xét trong quá trình vô cùng bé thì
cdtq 

 Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi entrôpi:
Entrôpi là gì ? Entropi s (kJ/kg.K) như đã đề cập trong mục 2 chương 1, entropi
là một thông số trạng thái của chất môi giới mà lượng biến đổi của nó dùng để
lượng hoá mức độ không thuận nghòch của các quá trình thực tế.
Đối với quá trình thuận nghòch
Tdsq
T
q
ds 



3. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT
- ĐLNĐ I là đònh luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng trong phạm vi nhiệt
động:
“Năng lượng không tự sinh ra và không tự mất đi, nó chỉ biến đổi từ dạng năng

lượng này sang dạng năng lượng khác”
- Trong nhiệt động lực học, phương trình biểu diển mối quan hệ giữa công,
nhiệt lượng và các dạng năng lượng khác được gọi là đònh luật nhiệt động thứ
nhất.
3.1 ĐLNĐ I VIẾT CHO HỆ KÍN
Q
W

Xét hệ kín như hình vẽ, giả sử ban đầu hệ mang năng lượng E
1
, cấp
nhiệt lượng Q vào hệ, khi đó hệ có năng lượng E
2
và sinh công W. Theo đònh
luật bảo toàn năng lượng:
E
1
+ Q = E
2
+ W
Hay Q = E
2
– E
1
+ W =
E
+ W
Trong phạm vi nhiệt động lực học thì
E
=

U
+
KE
+
PE

Trong đó
U
= m(u
2
– u
1
): nội năng
Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -4-

KE
=
)VV(m
2
1
2
2
2
1

: động năng

PE

= mg(h
2
– h
1
): thế năng
Trong hệ nhiệt kín, do sự thay đổi các thành phần động năng và thế năng
không đáng kể nên Q =
U
+ W phương trình này gọi là phương trình ĐLNĐ
thứ nhất viết cho hệ kín.
Viết lại dưới dạng ứng với một biến đổi vô cùng bé chất môi giới và khối lượng
chất môi giới là 1 kg:

wduq 

Do là hệ kín nên
pdvww
tt


Suy ra
pdvduq 
(*)
Đối với khí lý tưởng:
dT
du
c
v

nên

pdvdTcq
v


3.1 ĐLNĐ I VIẾT CHO HỆ HỞ
Từ (*)
q
= du + pdv
= du + pdv + vdp – vdp
= du + d(pv) – vdp
= d(u + pv) – vdp
Đặt i = u + pv, i gọi là entanpi (kJ/kg, kcal/kg) là một thông số trạng thái dẫn
suất và được tính theo biểu thức giữa u và tích số pv.
Suy ra
q
= di – vdp
Mặt khác
kt
w
= -vdp
Nên
q
= di +
kt
w
phương trình này gọi là phương trình ĐLNĐ thứ nhất viết
cho hệ hở (khi bỏ qua lượng biến đổi động năng và thế năng)
Đối với khí lý tưởng:
dT
di

c
p

nên
vdpdTcq
p


Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật CHƯƠNG 2: ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -5-
Tóm tắt
Đối với mọi chất môi giới
pdvduq 

q
= di – vdp
Đối với khí lý tưởng
pdvdTcq
v


vdpdTcq
p
