CHƯƠNG 5 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 2, ĐH NÔNG LÂM TPHCM

BÀI GIẢNG NHIỆT KỸ THUẬT

Chương 5:

ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG
2


» Định luật I chính là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng viết cho
các quá trình nhiệt động.

» ĐL1 cho phép tính toán cân bằng năng lượng trong các quá trình, xác đònh
lượng nhiệt chuyển hóa thành công hoặc ngược lại.

» Tuy nhiên ĐL1 không cho ta biết trong điều kiện nào thì nhiệt có thể biến
đổi thành công và liệu toàn bộ nhiệt có thể biến đổi hoàn toàn thành công
không.

ĐỊNH LUẬT 2


5.1 ĐỊNH LUẬT 2
5.1.1 Phát biểu

»
»

Nhiệt lượng không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn. Muốn truyền phải tiêu
tốn năng lượng.
Không thể có động cơ vónh cửu loại 2, là động cơ khi làm việc chỉ tiếp xúc với 1 nguồn
nhiệt. Tức là không thể chế tạo được máy có khả năng biến toàn bộ nhiệt lượng nhận

được thành công.

5.1.2 Ý nghóa

»
»

Chiều, hướng,đđiều kiện chuyển hóa năng lượng.
Hiệu quả chuyển hóa năng lượng.


5.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
5.2.1 Khái niệm

» Là một hay tập hợp một số quá trình xảy ra liên tiếp mà chất môi giới trở lại
trạng thái ban đầu.

» Chu trình thuận chiều: theo kim đồng hồ, biến nhiệt thành công (l>0). Ví dụ:
động cơ nhiệt.

» Chu trình ngược chiều: ngược kim đồng hồ (l<0). Ví dụ: máy nén, máy lạnh...


5.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
5.2.5 Chu trình thuận chiều

» Đònh nghóa: là chu trình mà môi chất nhận nhiệt từ nguồn nóng nhả cho
nguồn lạnh và biến một phần nhiệt thành công

chu trình sinh công

» Qui ước: l > 0
» Đồ thò:

lo >0


5.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
5.2.2 Chu trình thuận chiều

» Kết quả:

q1 = lo + q 2

» Hiệu suất nhiệt:

q1 − q 2
q2
lo
ηt =
=
= 1−
q1
q1
q1

q1> 0 - tổng nhiệt lượng cấp cho môi chất
q2< 0 - tổng nhiệt lượng thải ra
lo > 0 - tổng công sinh ra của chu trình
Đánh giá mức độ hoàn thiện của sự biến đổi nhiệt thành công.

5.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
5.2.5 Chu trình ngược chiều

» Đònh nghóa: là chu trình mà môi chất nhận công từ bên ngoài để lấy nhiệt từ
nguồn lạnh nhả cho nguồn nóng

» Qui ước: l < 0
» Đồ thò:

lo< 0


5.2 CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
5.2.5 Chu trình ngược chiều

»

Kết quả:

q 2 + lo = q1

» Hệ số làm lạnh

q2
q2
ε=
=
lo

q1 − q 2

q2> 0 - tổng lượng nhiệt nhận vào
q1< 0 - tổng nhiệt lượng thải ra
lo< 0 – tổng công nhận vào của chu trình
Hiệu quả làm việc của chu trình ngược chiều


5.3 CHU TRÌNH CARNOT
5.3.1 Đặc tính

»

Chu trình carnot là chu trình lý tưởng, có khả năng biến đổi nhiệt lượng với hiệu quả cao
nhất.

»
»
»
»

Tuy nhiên, nếu áp dụng vào thực tế thì có nhược điểm về giá thành và hiệu suất thiết bò.
Vì vậy, CT carnot làm mục tiêu để hoàn thiện các chu trình khác về mặt hiệu quả nhiệt.
Gồm 2 quá trình đẳng nhiệt và 2 quá trình đoạn nhiệt
Chu trình thuận nghòch thực hiện nhờ 2 nguồn nhiệt (T 1 & T2) để trao đổi nhiệt với nguồn
nhiệt.


5.3 CHU TRÌNH CARNOT
5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

»
»
»
»

Chất môi giới là khí lý tưởng
Không tổn thất năng lượng khi tiến hành chu trình
Có hiệu suất nhiệt cao nhất
Tiến hành chu trình:

1-2: Giãn nở đẳng nhiệt
2-3: Giãn nở đoạn nhiệt
3-4: Nén đẳng nhiệt
4-1: Nén đoạn nhiệt


5.3 CHU TRèNH CARNOT
5.3.2 Chu trỡnh Carnot thuaọn chieu
Hieọu suaỏt nhieọt:

ằ

q2
t lửụùng:
ằ Nhieọ
= 1
q1 = q12C= TN.(s2 s1)
q2= q34 = TL.(s4 s3)

q1

q2

TL
C = 1
= 1
q1
TH


5.3 CHU TRÌNH CARNOT
5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều

» η: chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh mà không phụ
thuộc bản chất của chất môi giới

» η càng lớn khi nhiệt độ nguồn nóng càng cao và nhiệt độ nguồn lạnh
càng thấp.

» η luôn < 1, η =1 khi T1

∞ hoặc T2 = 0 là không thể xảy ra. Vậy

nhiệt không thể biến hoàn toàn thành công (đònh luật 2).


5.3 CHU TRÌNH CARNOT
5.3.2 Chu trình Carnot thuận chiều
Khi T1=T2 thì η = 0

không thể sinh công khi chỉ có một nguồn
nhiệt (đònh luật 2).
η của chu trình Carnot lớn hơn η chu trình khác khi có cùng T1 và
T 2.

»
»


5.3 CHU TRèNH CARNOT
5.3.3 Chu trỡnh Carnot ngửụùc chieu
Tieỏn haứnh chu trỡnh:
1-2: Gión n on nhit
2-3: Gión n ng nhit
3-4: Nộn on nhit
4-1: Nộn ng nhit

ằ







5.3 CHU TRÌNH CARNOT

5.3.3 Chu trình Carnot ngược chiều
Hệ số làm lạnh:

»

q2
q2
ng:
=
» Nhiệεt lượ
C =
q1 = q41 = TlN.(s1 – sq
) −q
4
o
1
2
q2= q23 = TL.(s3 – s2)

q2
q2
TL
εC = =
=
l0 q1 − q 2 TH − TL


5.3 CHU TRÌNH CARNOT
5.3.2 Chu trình Carnot ngược chiều
η: chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh mà không phụ
thuộc bản chất của chất môi giới.
η càng lớn khi nhiệt độ nguồn nóng càng thấp và nhiệt độ nguồn
lạnh càng cao.

»
»


5.4 BIỂU THỨC GIẢI TÍCH ĐL2
5.4.1
» Chu trìnhthuậnnghòch

» Xétchutrình Carnot :
» Vì q2<0 nên:


5.4 BIỂU THỨC GIẢI TÍCH ĐL2
5.4.1 Chu trình thuận nghòch

»

Với chu trình bất kỳ, Clausing chia nó thành nhiều chu trình Carnot vi cấp:

n →∞


5.4 BIỂU THỨC GIẢI TÍCH ĐL2

»
5.4.1 Chu trìnhkhôngthuậnnghòch
»

Thựctếcácquátrìnhlàkhôngthuậnnghòchnên chu trìnhcũngkhôngthuậnnghòch, côngsinh ra

thấphơn, nhiệtthải ra q2lớnhơn.

•Nhiệtlượngnhậnvào•Nhiệtlượngtoảra>cônglýtưởng


5.4 BIEÅU THÖÙC GIAÛI TÍCH ÑL2

»
TOÅNG QUAÙT


5.5 Entropy
5.5.1
» Biểuthứcgiảitích

» Xétchutrìnhthuậnnghòchbấtkỳ:
làhàmcủatrạngthái
Đặt: ds = : gọilà entropy

(J/kg độ)


5.5 Entropy
»

Quátrìnhkhôngthuậnnghòch:

Xétchutrìnhkhôngthuậnnghòch 1a2b1 (gồm 1a2 khôngthuậnnghòch, 2b1 : thuậnnghòch)

Mà2b1 làquátrìnhthuậnnghòchnên

ds >


TOÅNG QUAÙT

5.5 Entropy


5.5 Entropy
» Tổngquátcôngvà Entropy do QT không TN
5.5.2
» ĐL1: δq = du + δl
vì du làhàmtrạngthái, gọilrlàcôngcủaqúatrìnhthuậnnghòchnên:
δq – δl = δqr – δlr
δqr= δq + (δlr – δl)
δqr = δq + δltt
δltt: côngtổnthấtgâyra do khôngthuậnnghòch.