Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai ppsx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
CHƯƠNG 3
CHƯƠNG

3
Đ
ỊN
H L
UẬ
T
N
HI
Ệ
T Đ
ỘNG
TH
Ứ
HAI
ỊNUẬ N Ệ ỘNG Ứ
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
Et
đồ thị T
1
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
5
.
E

n
t
ropy
–
đồ

thị

T
-s
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
1
Các chu trình nhiệt động:
1
.
Các

chu

trình

nhiệt

động:

Trong
các
quá
trình
nhiệt

động,
muốn
chuyển
hóa
liên
Trong
các
quá
trình
nhiệt
động,
muốn
chuyển
hóa
liên
tụcgiữanhiệtnăng vớicácdạng năng lượng khác, ngườita
p
hảith
ự
chi
ệ
nnhữn
g
chu trình.
p
ự
ệ
g
Môi
chất

sẽ
thay
đổi
một
cách
liên
tục
từ
trạng
thái
Môi
chất
sẽ
thay
đổi
một
cách
liên
tục
từ
trạng
thái
đầu qua nhiềutrạng thái trung gian rồitrở về trạng thái ban
đầu
.
đầu
.
2
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Ví dụ:
Trong các máy nhiệt,
Để biến nhiệt thành công, phảitiếnhànhchomôichấtgiãnnở.
Muốnnhận được công liên tục, môi chấtphảigiãnnở liên tục,
 không thể thựchiệnvìkíchthước máy có hạn.
Qá
tìh
khé
kí
h
h
tìh
Q
u
á
t
r
ì
n
h
khé
p
kí
n
h
ay c
h
u
t
r

ì
n
h
.
3
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình thuận nghịch
Chu trình chỉ tiến hành qua các trạng thái cân bằng
Tiếnhànhngượctrở lạiquatấtcả các trạng thái đã
ấ
điquamàmôich
ấ
tvàmôitrường không có gì thay
đổi.
4
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình thuậnchiều động cơ nhiệt
Chu

trình

thuận

chiều
_
động

cơ

nhiệt
Q
H
W
Q
L
5
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Q
H
W
LH
QQW


Hiệ ấ hiệ ủ hìh
Q
L
Hiệ
u su
ấ
t n
hiệ
t c
ủ
a c
h
u tr

ì
n
h
Q
Q
W
L
Q
H
LH
H
t
Q
Q
Q
Q
W


H
L
t
Q
Q
1


Nhậnxét:
Hiệusuất


t của chu trình thuận chiều(động cơ nhiệt) luôn luôn nhỏ hơn1,

t chỉ bằng
1 khi không có nhiệtlượng thải cho nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp.
Chu trình nào có hiệusuất nhiệtlớnhơn thì hoàn thiệnhơn.
V
D
:
Đ
ộ
n
g
cơ
p
h
ả
nl
ực
có
hi
ệu
suất
nhi
ệt
t
h
uộc
l
oạ
i

t
h
ấp
nh
ất

4
%
,
động
cơ
hơi
nước

6
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
V
:
ộ g
cơ
p ả
ực
có
ệu
suất
ệt
tuộc
oạ
t ấp
ất

4
%
,
động
cơ
hơi
nước
10%, turbin khí và động cơđốt trong

50%.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Chu trình ngượcchiều máy lạnh
Chu

trình

ngược

chiều
_
máy

lạnh
Q
H
W
Q
L
7
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
LH
QWQ 
Q
H
Q
L
W
Hệ số làm lạnh (máy lạnh)
LL
QQ


LH
QQW

Hệ số làm nóng (bơm nhiệt)
Hệ

số

làm

nóng

(bơm

nhiệt)
LH
HH

QQ
Q
W
Q


8
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
2. Đ
ị
nh lu
ậ
t nhi
ệ
t đ
ộ
n
g
thứ hai
ị ậ ệ ộ g
Phát biểucủa Clausius
Phát

biểu

của

Clausius
Không thể có bấtkỳ một máy lạnh

hay bơm nhiệt nào có thể vận
chuyển nhiệtlượng từ mộtnơicó
nhiệt độ nhỏ hơn đếnnơi có nhiệt
độ cao hơn mà không tốngìhết
9
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Phát biểu của kelvin Planck
Không
có
bất
kỳ
một
động
cơ
Không
có
bất
kỳ
một
động
cơ
nào có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng
nhận
được
thành
ra
lượng
nhận

được
thành
ra
công
10
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
3. Chu trình carnot
Đồ thị p-v
Các quá trình trên chu trình
 AB : nhận nhiệtlượng q
1
(ở nhiệt độ không đổiT
1
)  dãn nởđẳng nhiệt
 BC : cô lậpvàdãnnở, sinh công, nhiệt độ hạ từ T
1
 T
2
 dãn nởđoạn nhiệt.

CD
:
thải
nhiệt
lượng
q
2
cho
nguồn

lạnh
(ở
nhiệt
độ
T
2
)

nén
đẳng
nhiệt
.
11
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
CD
:
thải
nhiệt
lượng
q
2
cho
nguồn
lạnh
(ở
nhiệt
độ
T
2
)


nén
đẳng
nhiệt
.
 DA : cô lậpvàchịunén,nhận công để trở về trạng thái ban đầu  nén đoạn nhiệt.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Hiệu suất nhiệt của chu trình
1
2
t
q
q
1 
Xét 2 quá trình AB và CD
B
v
l
RT
Quá trình đẳng nhiệt AB
A
B
11
v
l
n
RT
q

Quá trình đẳng nhiệt CD

Đồ thị p-v
C
D
22
v
v
lnRTq 
Lấytỷ số q
/q
:











A
B
1
1
v
v
lnT
q
q

Lấy

tỷ

số

q
1
/q
2
:
12
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân








D
C
2
2
v
v
lnT
q
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM

Xét 2 quá trình BC và DA :
Quá trình đoạn nhiệt BC
1k
C
B
1
2
v
v
T
T










Quá trình đoạn nhiệt DA
C
1
v
T


1k
A2

vT








Đồ thị p-v
D1
vT




1k
D
A
1k
C
B
v
v
v
v




















D
C




D
C
A
B
v
v
v
v


D
A











A
B
1
1
v
v
lnT
q
2
1
2
1
T
T
q
q


1
2
t
T
T
1
13
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân








D
C
2
2
v
v
lnT
q
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
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
TT
T


2
1
Hiệusuấtcủa chu trình Carnot chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của 2 nguồn nhiệt
14
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
Hiệu

suất

của

chu

trình

Carnot

chỉ

phụ

thuộc

vào

nhiệt

độ

của

2

nguồn

nhiệt
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
4. Các h
ệ

q
uả của đ
ị
nh lu
ậ
t nhi
ệ
t đ
ộ

n
g
thứ hai
ệ q ị ậ ệ ộ g
1. Giữa 2 nguồn nhiệt  
C
là lớn nhất
2. Giữa Ta, Tb  
C
của các chu trình Carnot bằng nhau
ể
3. ĐLNĐ 2 là cơ sở đ
ể
xây dựng thang nhiệt độ động học
0
T
Q



4. : chu trình thuận n
g
hịch 
b
ẳn
g
thức lo
g
ic
T


g
g g
0
T
Q



5. : chu trình không thuận nghịch  BĐT logic (pt logic thứ 2)
15
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
5. Entro
py

–
đ
ồ
th
ị
T-s
py
ị
1
1
T
q

Từ đẳng thức chu trình Carnot:

21
qq

22
Tq
21
TT
0
T
q
T
q
21

(q
1
và q
2
có dấu ngược nhau)
T
T
21
0
T
q



0
T

dq


or
T
T
T
dq
:vi phân toàn phần, thể hiện sự biến thiên của một biến số trạng thái nào đó của hệ.
hi l đ ị l(/) l h hi i
Ký
hi
ệu
l
à s; entropy,
đ
ơn v
ị

l
à
(
J
/
K
)
. Đây
l
à một
h

àm trạng t
h
á
i
mớ
i
nên ta có:
T
dq
ds 
12
2
ssds 

và
16
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
T
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Đồ th
ị
tr
ạ
n
g
thái
T
-s
Trục hoành biểu diễn entropy s,

ị ạ g
Trục tung biểu diễn nhiệt độ tuyệt đối K.
Nhậnxét:Mỗi điểmtrênđồ thị T-s biểudiễn
mộttrạng thái cân bằng, một đường cong thể
hiệnmột quá trình. Nếu đường cong này kín,
Đồ thị trạng thái T-s
ta có một chu trình.
Có thể viết:
d
q
=Tds
q


2
1
Tdsq
= dt (122’1’)
17
Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân
diện tích nằm dưới đường cong sẽ thể hiện lượng nhiệt trao đổi trong một quá trình.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
Hếtchương 3
Hết

chương

3

18

Cán bộ giảng dạy: Ths. Phan Thành Nhân