Giáo trình phân tích và hướng dẫn tìm hiểu về quy luật chiếu sáng của hành tinh phần 4 doc

35
Từ đó suy ra:
(C
n
- C
p
)dT = -vdp (c)
(C
n
- C
v
)dT = pdv (d)
Chia vế theo vế phơng trình (c) cho (d) ta đợc:

pdv
vdp
CC
CC
vn
pn
=


(3-52)
ký hiệu:
n =
vn
pn
CC
CC

(3-53)
Ta thấy n là một hằng số vì C
n
, C
p
và C
v
đều là hằng số. Từ (3-52) và (3-53) ta có:
n =
pdv
vdp
(3-54)
hay npdv + vdp = 0, chia hai vế của phơng trình cho pv ta đợc:

0
v
dv
n
p
dp
=+
Lấy tích phân hai vế (3-55) ta đợc:
n.lnv + lnp = const
Tiếp tục biến đổi ta đợc phơng trình của quá trình đa biến:
pv
n
= const (3-55)
trong đó n là số mũ đa biện.

So sánh biểu thức (3-39) với (3-55) ta thấy: phơng trình của quá trình đa
biến giống hệt nh dạng phơng trình của quá trình đoạn nhiệt. Từ đó bằng các
biến đổi tơng tự nh khi khảo sat quá trình đoạn nhiệt và chú y thay số mũ đoạn
nhiệt k bằng số mũ đa biến n, ta đợc các biểu thức của quá trình đa biến nh sau:.
* Quan hệ giữa các thông số:
Từ (3-55) ta có:

n
22
n
11
vpvp =
hay:

n
1
2
2
1
v
v
p
p

=
(3-56)
Từ phơng trình trạng thái ta có: p =
v
RT
, thay vào (3-40) ta đợc:

1n
1
2
2
1
n
1
2
2
2
1
1
v
v
T
T
v
v
RT
v
v
RT

=








=
. (3-57

n
1n
2
1
2
1
p
p
T

T









=
(3-58)
* Công thay đổi thể tich của quá trình:
Có thể tính công thay đổi thể tích theo định luật nhiệt động I, hoặc cũng có
thể tính theo định nghĩa dl = pdv, tơng tụ nh ở quá trình đoạn nhiệt:

36
l =

2
1
pdv (3-59

[
]
2211
vpvp
1n
1
l

= (3-60)



















=
1n
2
11
v
v
1
1n
RT

l
(3-61





















=

n
1n
1
21
p

p
1
1n
RT
l
(-62)









=
1
21
T
T
1
1n
RT
l
(3-63)
* Công kỹ thuật của quá trình:
Từ biểu thức:

dl
dl

pdv
vdp
n
kt
==
ta suy ra quan hệ giữa công kỹ thuật và công thay đổi thể tích trong quá trình đa
biến là:
l
kt
= n.l (3-64)

* Nhiệt lợng trao đổi với môi trờng:
Lợng nhiệt trao đổi với môi trờng của quá trình đợc xác định theo nhiệt
dung riêng đa biến:
dq = C
n
dT
hoặc:
q = C
n
(T
2
- T
1
) (3-65)
Từ (3-53) ta có:
(C
n
- C
p

) = n(C
n
- C
v
)
hay: C
n
(n - 1) = C
v
(n - k), từ đó suy ra nhiệt dung riêng đa biến bằng:
C
n
= C
v
1n
kn


(3-66)
Thay vào (3-55) ta đợc nhiệt lợng trao đổi trong quá trình đa biến bằng:
q = C
v
1n
kn


(T
2
- T
1

) (3-67)
Tính cho khối G kg khí:
Q = G
C
n
(T
2
- T
1
) (3-68)

* Biến thiên entropi của quá trình:
Độ biến thiên entrôpi của quá trình đoạn nhiệt:
Từ biểu thức:
T
dq
ds =
, thay giá trị dq = C
n
dT vào ta có:
T
dTC
ds
n
=
và lấy tích phân ta đợc:

37

1

2
n
T
T
Cs
ln= (3-69)
hoặc thay giá trị dq = C
v
dT + pdv vào ta đợc:

v
dv
R
T
dT
C
T
pdv
T
dT
Cds
vv
+=+= (3-70)

1
2
1
2
v
v

v
R
T
T
Cs
lnln += (3-71)
Hoặc thay giá trị (dq = C
p
dT - vdp) vào ta đợc:

p
dp
R
T
dT
C
T
dp
v
T
dT
Cds
pp
+== (3-72)

1
2
1
2
p

p
p
R
T
T
Cs
lnln = (3-73)
Hoặc có thể tính cách khác:
Từ phơng trình trạng thái pv = RT, lấy vi phân ta đợc:
pdv + vdp = RdT (3-74)
chia vế theo vế cho phơng trình trạng thái ta đợc:

T
dT
p
dp
v
dv
=+
và thay vào (3-72) ta đợc:

p
dp
C
v
dv
C
p
dp
R

p
dp
v
dv
Cds
vpp
+=








+=
(3-75)

1
2
v
1
2
p
p
p
C
v
v
Cs

lnln = (3-76)
* Tính số mũ đa biến:

n =
pdv
vdp

suy ra:
v
dv
p
dp
n =

lấy tích phân ta đợc:

1
2
1
2
v
v
p
p
n
ln
ln
= (3-77)
Hoặc có thể cách khác theo q, l, k. Từ quan hệ (3-63) và (3-67) ta có:

[]
21
TT
1n
R
l

= (3-78a)
và
[]
12v
TT
1n
kn
Cq


= (3-78b)

38
Mặt khác ta lại có: R = C
p
- C
v
= C
v
(k - 1), thay giá trị của R vào công thức (3-78a)
và để ý (3-78b0 ta có:

[] []

kn
k1
qTT
kn
k1
1n
kn
CTT
1n
1k
Cl
12v21v


=




=


=
hay:
()
knk1
l
q
=
từ đó suy ra:

n =
()
kk1
l
q
+ (3-79)
* Hệ số biến đổi năng lợng của quá trình:

q
u
=
=
(
)
()
kn
1n
TT
1n
kn
C
TTC
12v
12v


=

(3-80)

* Tính tổng quát của quá trình:
Quá trình đa biến là quá trình tổng quát với số mũ đa biến n = - ữ +, các
quá trình nhiệt động cơ bản còn lại chỉ là các trờng hợp riêng của nó. Thật vậy, từ
phơng trình pv
n
= const ta thấy:
Khi n = 0, phơng trình của quá trình là pv
0
= const, hay p = const với nhiệt
dung riêng C
n
= C
p
, quá trình là đẳng áp.
Khi n = 1, phơng trình của quá trình là pv
1
= const, hay T = const với nhiệt
dung riêng C
T
= , quá trình là đẳng nhiệt.
Khi n = k, phơng trình của quá trình là pv
k
= const, hay q = 0 với nhiệt
dung riêng C
n
= 0, quá trình là đoạn nhiệt.
Khi n = , phơng trình của quá trình là pv

= const, hay v = const với
nhiệt dung riêng C
n
= C
v
, quá trình là đẳng tích.
Nh vậy các quá trình đoạn nhiệt (C = 0), đẳng nhiệt (C = ), đẳng tích (C
= C
v
), đẳng áp (C = C
p
) là các trờng hợp riêng của quá trình đa biến.

* Biểu diễn quá trình trên đồ thị:



39
Quá trình đa biến 1-2 bất kỳ với n = - ữ + đợc biểu diễn trên đồ thị p-v
và T-s hình 3.6. Số mũ đa biến thay đổi từ - theo chiều kim đồng hồ tăng dần lên
đến 0, 1 rồi k (k > 0) và cuối cùng bằng +.
Trên đồ thị p-v, đờng cong biểu diễn quá trình đa biến dốc hơn đờng
cong của quá trình, vì quá trình đẳng nhiệt có n = 1, còn quá trình đoạn nhiệt có n
= k, ( k > 1).
* Khảo sát dấu của

u, q theo số mũ n:

Dựa vào đồ thị p-v và T-s của quá trình đa biến ta có thể xét dấu của biến

thiên nội năng, công thay đổi thể tích và nhiệt lợng trao đổi trong các quá trình:
Khi nhiệt độ tăng, biến đổi nội năng sẽ mang dấu dơng. Vậy u
AB
> 0 khi
quá trình xẩy ra nằm phía trên đờng đẳng nhiệt và ngợc lại.
Khi thể tích tăng, công mang dấu dơng. Vậy l
AB
> 0 khi quá trình xẩy ra
nằm phía bên phải đờng đẳng tích và ngợc lại.
Khi entropi tăng, nhiệt lợng trao đổi của quá trình sẽ mang dấu dơng và
ngợc lại. Vậy q
AB
> 0 khi quá trình xẩy ra nằm phía trên đờng đoạn nhiệt và
ngợc lại.

v tăng v giảm
Vùng Số mũ n
n
C
1n
kn
C


=
u
q
u
Q
A

0 < n < 1
+ + + - -
B
1 < n < k
- - + + -
C
k < n <
+ - - + +



40
Chổồng 3: THIT Bậ Sặ DUNG NNG LặĩNG MT TRèI
3.1. Tổng quan về thiết bị sử dụng năng lợng mặt trời
Năng lợng mặt trời là nguồn năng lợng mà con ngời biết sử dụng từ
rất sớm, nhng ứng dụng NLMT vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô
rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nớc
nhiều năng lợng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng hoảng
năng lợng thế giới năm 1968 và 1973, NLMT càng đợc đặc biệt quan tâm.
Các nớc công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc nghiên cứu ứng
dụng NLMT. Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các lĩnh vực chủ
yếu sau:
Pin mặt trời
Pin mặt trời là phơng pháp sản xuất điện
trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến đổi
quang điện. Pin mặt trời có u điểm là
gọn nhẹ có thể lắp bất kỳ ở đâu có ánh
sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực
tàu vũ trụ. ứng dụng NLMT dới dạng
này đợc phát triển với tốc độ rất nhanh,

nhất là ở các nớc phát triển. Ngày nay
con ngời đã ứng dụng pin NLMT để
chạy xe thay thế dần nguồn năng lợng
truyền thống.
Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời
còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng
5USD/W
P
, nên ở những nớc đang phát
triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lợng
điện sử dụng cho các vùng sâu, xa nơi mà đờng điện quốc gia cha có.
ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công
việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu
sinh hoạt và văn hoá của các địa phơng vùng sâu, vùng xa, nhất là đồng bằng

Hỡnh 3.1 Hệ thống pin mặt trời


41
sông Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên hiện nay pin mặt trời vẫn đang còn
là món hàng xa xỉ đối với các nớc nghèo nh chúng ta.
Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lợng mặt trời
Điện năng còn có thể tạo ra từ
NLMT dựa trên nguyên tắc tạo
nhiệt độ cao bằng một hệ thống
gơng phản chiếu và hội tụ để gia
nhiệt cho môi chất làm việc truyền
động cho máy phát điện.
Hiện nay trong các nhà máy nhiệt
điện sử dụng NLMT có các loại hệ

thống bộ thu chủ yếu sau đây:
Hệ thống dùng parabol trụ để tập
trung tia bức xạ mặt trời vào một ống môi chất đặt dọc theo đờng hội tụ
của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới 400
o
C.
Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gơng phản xạ có
định vị theo phơng mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh
tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500
o
C.
Hệ thống sử dụng gơng parabol tròn xoay định vị theo phơng mặt trời để
tập trung NLMT vào một bộ thu
đặt ở tiêu điểm của gơng, nhiệt
độ có thể đạt trên 1500
o
C.
Hiện nay ngời ta còn dùng năng
lợng mặt trời để phát điện theo
kiểu tháp năng lợng mặt trời -
Solar power tower . Australia
đang tiến hành dự án xây dựng
một tháp năng lợng mặt trời cao
1km với 32 tuốc bin khí có tổng
công suất 200 MW. Dự tính rằng đến năm 2006 tháp năng lợng mặt trời
này sẽ cung cấp điện mỗi năm 650GWh cho 200.000 hộ gia đình ở miền tây

Hình 3.2. Nhà máy điện mặt trời

Hỗnh 3.3 Tháp năng lợng Mặt trời

42
nam New South Wales - Australia, và sẽ giảm đợc 700.000 tấn khí gây
hiệu ứng nhà kính trong mỗi năm.
Thiết bị sấy khô dùng năng lợng mặt
trời
Hiện nay NLMT đợc ứng dụng khá phổ
biến trong lĩnh nông nghiệp để sấy các
sản phẩm nh ngũ cốc, thực phẩm
nhằm giảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất
lợng sản phẩm. Ngoài mục đích để sấy
các loại nông sản, NLMT còn đợc dùng
để sấy các loại vật liệu nh gỗ.

Bếp nấu dùng năng lợng mặt trời
Bếp năng lợng mặt trời đợc ứng dụng rất rộng rãi ở các nớc nhiều NLMT
nh các nớc ở Châu Phi.
ở Việt Nam việc bếp
năng lợng mặt trời
cũng đã đợc sử dụng
khá phổ biến. Năm
2000, Trung tâm Nghiên
cứu thiết bị áp lực và
năng lợng mới - Đại
học Đà Nẵng đã phối
hợp với các tổ chức từ
thiện Hà Lan triển khai dự án (30 000 USD) đa bếp năng lợng mặt trời - bếp
tiện lợi (BTL) vào sử dụng ở các vùng nông thôn của tỉnh Quảng Nam, Quảng
Ngãi, dự án đã phát triển rất tốt và ngày càng đựơc đông đảo nhân dân ủng hộ.

Trong năm 2002, Trung tâm dự kiến sẽ đa 750 BTL vào sử dụng ở các xã
huyện Núi Thành và triển khai ứng dụng ở các khu ng dân ven biển để họ có
thể nấu nớc, cơm và thức ăn khi ra khơi bằng NLMT .

Hình 3. 4. Thiết bị sấy NLMT

Hình 3.5. Triển khai bế
p
nấu cơm bằn
g
NLMT.


43
Thiết bị chng cất nớc dùng NLMT
Thiết bị chng cất nớc
thờng có 2 loại: loại nắp
kính phẳng có chi phí cao
(khoảng 23 USD/m
2
), tuổi
thọ khoảng 30 năm, và loại
nắp plastic có chi phí rẻ hơn
nhng hiệu quả chng cất
kém hơn.
ở Việt Nam đã có đề tài
nghiên cứu triển khai ứng
dụng thiết bị chng cất nớc NLMT dùng để chng cất nớc ngọt từ nớc biển
và cung cấp nớc sạch dùng cho sinh hoạt ở những vùng có nguồn nớc ô
nhiễm với thiết bị chng cất nớc NLMT có gơng phản xạ đạt đợc hiệu suất

cao tại khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh-Trờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng.
Động cơ Stirling chạy bằng NLMT
ứng dụng NLMT để chạy các
động cơ nhiệt - động cơ
Stirling ngày càng đợc
nghiên cứu và ứng dụng rộng
rãi dùng để bơm nớc sinh
hoạt hay tới cây ở các nông
trại. ở Việt Nam động cơ
Stirling chạy bằng NLMT
cũng đã đợc nghiên cứu chế
tạo để triển khai ứng dụng
vào thực tế. Nh động cơ Stirling, bơm nớc dùng năng lợng mặt trời.

Hình 3.6. Thiết bị chng cất nớc dùng NLMT

Hình 3.7 Động cơ Stirling dùng NNLMT


44







Thiết bị đun nớc nóng bằng NLMT
ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT là dùng để
đun nớc nóng. Các hệ thống nớc nóng dùng NLMT đã đợc dùng rộng rãi ở

nhiều nớc trên thế giới.









ở Việt Nam hệ thống cung cấp nớc nóng bằng NLMT đã và đang đợc ứng
dụng rộng rãi ở Hà Nội, Thành phố HCM và Đà Nẵng (hình 1.2). Các hệ thống
này đã tiết kiệm cho ngời sử dụng một lợng đáng kể về năng lợng, góp phần
rất lớn trong việc thực hiện chơng trình tiết kiệm năng lợng của nớc ta và
bảo vệ môi trờng chung của nhân loại.



Hình 3.9 Hệ thốn
g
cun
g
cấ
p
nớc nón
g
dùn
g
NLM
T

Hình 3.8. Bơm nớc chạy bằng NLMT