CHƯƠNG 3 ĐỊNH LUẬT THỨ NHẤT, NHIỆT KỸ THUẬT

Chöông 3:
ÑÒNH LUAÄT THÖÙ NHAÁT


SỰ TRUYỀN NĂNG LƯNG
Nhiệt và công là các đại lượng đặc trưng
cho sự trao đổi năng lượng giữa môi chất
và môi trường khi thực hiện một quá
trình.
Khi môi chất trao đổi công với môi
trường thì kèm theo các chuyển động vó
mô
Khi môi chất trao đổi nhiệt thì luôn tồn
tại sự chênh lệch nhiệt độ


3.1 NHIỆT

Khi có sự khác biệt nhiệt độ giữa hệ
và môi trường trao đổi năng lượng
Nhiệt (Q)
Một vật có nhiệt độ khác không thì
các phân tử và nguyên tử của nó sẽ
chuyển động hỗn loạn
vật mang
năng lượng
nhiệt năng.


3.1 NHIỆT

Khi hai vật tiếp xúc nhau nội năng của vật
nóng hơn sẽ truyền sang vật lạnh hơn
quá trình truyền nhiệt.
Lượng nội năng truyền trong quá trình gọi
là nhiệt lượng trao đổi giữa hai vật.
Ký hiệu: Q hay q
Qui ước:
q > 0: vật nhận nhiệt
q < 0: vật tỏa nhiệt


3.1.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG – khaùi
nieäm




3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân
loại

Theo đơn vò đo môi chất:
1[kg] - NDR khối lượng, C[kJ/kg.độ]
1[m3] - NDR thể tích, C’[kJ/m3 .độ]
1[kmol] - NDR kmol, Cµ[kJ/kmol.độ]
Quan hệ: Cμ = μ C = 22,4 C’


3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân
loại


Theo tính chất quá trình:
+ Quá trình có áp suất không đổi:
NDR khối lượng đẳng áp, Cp (kJ/kg.độ)
NDR thể tích đẳng áp, C’p (kJ/m3.độ)
NDR kmol đẳng áp, Cµp (kJ/Kmol.độ)
+ Quá trình có thể tích không đổi:
 NDR khối lượng đẳng tích, Cv (kJ/kg.độ)
 NDR thể tích đẳng tích, C’v (kJ/m3.độ)
 NDR kmol đẳng tích, Cµv (kJ/Kmol.độ)


3.1.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG – phaân
loaïi




3.1.1 NHIET DUNG RIENG phaõn
loaùi
BNG NHIT DUNG RIấNG CA KH Lí TNG
Loi khớ

k=Cp/Cv

Khớ 1 nguyờn t

1,67

12,6

20,9

Khớ 2 nguyờn t

1,40

20,9

29,3

Khớ 3 hoc
nhiu nguyờn t

1, 29

29, 3

37,7

Càv
Càp
[kJ/kmol.K] [kJ/kmol.K]


3.1.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG
Sự phụ thuộc của NDR vaøo nhiệt độ

C = ao + a1.t
C = ao + a1.t + a2.t2
C = ao + a1.t + a2.t2+a3t3 +…+ antn

a0, a1,…an – caùc hệ số
Với khí lý tưởng C = const


3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG

Nếu giá trò nhiệt dung riêng trung bình
từ 0 đến t:

Nếu

có dạng đường thẳng thì


3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG
 NDR củahỗnhợp
Nhiệtlượngtiêutốnđểnângnhiệtđộhỗnhợplên1
độ
=
tổngnhiệtlượngtiêutốnđểnângnhiệtđộcáckhíthàn
hphầnlên1 đo

G.C = G1.C1 + G2.C2 + . . . . + Gn.Cn
C= g1.C1 + g2.C2 + . . . . + gn.Cn =
C’= r1.C’1+ r2.C’2+ . . . . + rn.C’n=
Cµ= r1.C1µ+ r2.C2µ+ . . . . + rn.Cnµ=


3.1.2 TÍNH NHIEÄT LÖÔÏNG
dq = C.dt



Q = G C Δ T= G C (T2 – T1)


NếuC = constthì q12= C.(t2-t1)


3.2 CÔNG
Công (W) là các dạng khác của năng lượng
truyền giữa hệ và môi trường.
Khi thực hiện một quá trình, nếu p, V thay đổi
hoặc dòch chuyển trọng tâm khối môi chất
1 phần năng lượng nhiệt
cơ năng
Công của quá trình.
Độ lớn của công thực hiện là tích của lực đẩy F
với khoảng cách di chuyển
∆l của pit-tông.


3.2 CÔNG
 W = F ∆l = (F/A)A ∆l = P ∆V
Công (J= Joules) là tích của áp suất (N/m2
hay Pa) với sự thay đổi thể tích của hệ (m3).
Qui ước:
Nếu W > 0: môi trường thực hiện công lên hệ
Nếu W < 0: hệ thực hiện công lên môi trường
Các loại công: công giãn nở (công thay đổi thể
tích), công lưu động (công thay đổi vò trí), công

kỹ thuật (công thay đổi áp suất)


3.2.1 CÔNG DÃN NỞ

l=p.A.dx=p.dv
 Công dãn nở trong
quá trình (1) và (2):

p

v2

dv

lgn = ∫v p.dv
1

-Công phụ thuộc quá trình nên không phải là hàm trạng thái
-Vì p > 0 nên khi:
dv > 0 l>0 :dãn nở
sinh công
dv < 0 l<0 : hệ nén
nhận công


3.2.2 CÔNG LƯU ĐỘNG
Khi hệ hở, có sự trao đổi chất bên ngoài
với hệ nên chất khí chuyển động sinh ra
công lưu động.

 dllđ = d(pv) llđ=p2v2 – p1v1 = vdp +
pdv
công lưu động chỉ phụ thuộc
trạng thái đầu và cuối.
Với quá trình kín (trạng thái 1 trùng với
trạng thái 2) công lưu động bằng 0.


3.2.3 CÔNG KỸ THUẬT
Khi môi chất tiến hành một quá trình, áp suất
thay đổi một lượng là dp thì thực hiện một công
kỹ thuật là dlkt

dlkt = dlgn- dllđ = p.dv - d(pv)
= pdv - pdv – vdp = -vdp
p2

lkt = − ∫ v.dp
p1


p2
dp
p1

v

Diện tích (p112p2 )=lkt
Quy ước: Nếu lgn>0 - môi chất sinh công
lgn<0 - môi chất nhận công

3.3 PHÂN LOẠI QUÁ TRÌNH NHIỆT
ĐỘNG

Quá trình cân bằng : các trạng thái trung
gian đều là trạng thái cân bằng của hệ.
Quá trình thuận nghòch : là quá trình cân
bằng, khi thực hiện chiều ngược lại từ cuối
đến đầu, hệ sẽ đi qua tất cả các trạng thái
cân bằng trung gian khi đi từ đầu đến cuối.
Quá trình không TN : không thỏa mãn điều
kiện trên, đây là thực tế.


3.3 ĐỊNH LUẬT 1

3.3.1 Phát biểu:
Năng lượng không mất đi
biến đổi qua lại
Tổng các dạng năng lượng trong 1 hệ kín là
không đổi.
3.3.2 Ý nghóa:
Mối tương quan giữa nhiệt năng và các dạng
năng lượng khác.
 Tính bảo tồn của năng lượng.


3.3.3 Các dạng biểu thức

 Hệ kín: δq = du + dl = du + pdv
Đẳng tích: δqv = du = Cv.dT
Đẳng áp: δqp = du +
p.dv
= du + p.dv + v.dp - v.dp
= d(u + pv) - v.dp = d(u + pv) - v.dp
δqp = di = Cp.dT
 Hệ hở: δq = di - vdp = di + δlkt


Ý NGHĨA ENThALPY

u là năng lượng của hệ kín
i=u+pv là năng lượng của hệ hở, vì khi tác
động với môi trường, ngoài nội năng hệ phải có
thêm phần năng lượng bằng thế năng của môi
trường đặt lên hệ.
Enthanpi cũng là một thông số trạng thái,
nhưng không đo được trực tiếp mà được tính
thông qua u, p và v
Enthanpi của khí thực phụ thuộc T và v
Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các
phân tử bằng 0
enthanpi chỉ phụ thuộc T


TOM LAẽI

Vi khớ lyự tng:
q = du + dl = Cv.dT + p.dv

q = di + lkt = Cp.dT - v.dp
Vi mt quaự trỡnh c th:
q=u+lgn
q=i+lkt
T

u
=
C
v T (T2 T1 )
Vi khớ lyự tửụỷng:
Enthalpy: i=u+pv
T

i
=
C
Vi khớ lyự tửụỷng:
p T ( T2 T1 )
2

1

2

1