nghiên cứu những kiến thức cơ bản của phần“cơ sở của Nhiệt động lực học”.

A. MỞ ĐẦU
“Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông” là một phần quan trọng của chuyên
ngành phương pháp dạy học nhằm nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến
thức và cách thể hiện nội dung kiến thức đó trong sách giáo khoa vật lí, tức là nắm được
ý đồ của tác giả giáo khoa và cách tổ chức dạy cho học sinh một số kiến thức cụ thể.
Cở sở của nhiệt động lực học gồm có bốn nguyên lí rút ra từ thực nghiệm:
nguyên lý số không dẫn đến sự tồn tại của nhiệt độ; nguyên lý thứ nhất là định luật bảo
toàn năng lượng; nguyên lý thứ hai xác định chiều diễn biến của các quá trình nhiệt
động lực học; nguyên lý thứ ba (nguyên lý Nernst) khẳng định rằng không thể đạt tới
không độ tuyệt đối. Trong phần “Cơ sở của nhiệt động lực học” ở chương trình vật lý
phổ thông chỉ đề cập đến nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai. Những nguyên lý của
nhiệt động lực học có tính chất rất tổng quát, nên ngày nay người ta ứng dụng có hiệu
quả lớn trong việc nghiên cứu các quá trình vật lí và hoá học, các tính chất của vật liệu
và bức xạ.
Để nghiên cứu những hiện tượng liên quan đến chuyển động nhiệt, ngoài
phương pháp động học phân tử, người ta còn dùng phương pháp nhiệt động lực học.
Phương pháp nhiệt động lực học hoàn toàn không khảo sát chi tiết các quá trình phân tử
mà khảo sát các hiện tượng xảy ra với một quan điểm duy nhất là sự biến đổi năng
lượng đi kèm với các hiện tượng ấy. Theo nguồn gốc lịch sử thì phương pháp này được
phát sinh do khảo sát sự biến đổi năng lượng chuyển động nhiệt thành cơ năng để chạy
các máy phát động lực (máy hơi nước, máy nổ chạy bằng ét xăng…) vì vậy nên có tên
gọi là phương pháp nhiệt động lực học.
Phương pháp nhiệt dộng lực học dựa trên hai nguyên lý cơ bản được rút ra từ
thực nghiệm gọi là nguyên lý thứ nhất và nguyên lý thứ hai của Nhiệt động lực học. Nhờ các
nguyên lý này, không cần chú ý đến cấu tạo phân tử của vật, ta cũng có thể rút ra nhiều kết luận
về tính chất của các vật trong những điều kiện khác nhau. Nhằm hiểu sâu hơn nội dung kiến
thức của phần “cơ sở của Nhiệt động lực học”, trong tiểu luận này tôi đi sâu nghiên cứu
những kiến thức cơ bản của phần“cơ sở của Nhiệt động lực học”.


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

B. NỘI DUNG
I. Cấu trúc của chương

II. KIẾN THỨC CƠ BẢN
II.1. Một số khái niệm: nhiệt độ; nội năng; công và nhiệt; trạng thái cân
bằng, quá trình cân bằng; quá trình thuận nghịch và quá trình không thuận nghịch.
II.2. Các nguyên lý: nguyên lý I, II nhiệt động lực học.
II.3. Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học vào quá trình cân bằng
của khí lý tưởng. Giải thích nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh.
III. PHÂN TÍCH NỘI DUNG KIẾN THỨC
III.1. Các khái niệm cơ bản
III.1.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho mức độ nóng lạnh của hệ. Nhiệt
độ được đo bằng nhiệt biểu với thang chia độ xác định. Nhiều nhà khoa học đã
tìm kiếm và đã đưa ra nhiều thang đo khác nhau. Các thang đo thường đựơc
quan tâm nhiều nhất thuộc về các nhà bác học Celsius, Kelvin, Farenheit và
Réaumur. Biểu thức chuyển từ thang chia đo này dang thang chia độ khác nhau
như sau

t 0C t 0C − 273,5 t 0 R t 0 F − 32
=
=
=
5
5
4
9

2

Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Thực ra đây chỉ là thang đo thực nghiệm dựa vào sự dãn nở của các chất.
Thông thường dùng thang nhiệt độ Celsius ( 0C), trong thang nhiệt độ này nhiệt
độ có thể âm, bằng không hoặc dương. Nhiệt độ thấp nhất là – 273 0C. Trong
tính toán người ta thường dùng thang nhiệt độ Kelvin (T 0K). Liên hệ giữa t0C
và T0K như sau: T0K = t0C + 237. Như vậy, - 273 0C ứng với 00K. Thành thử
nhiệt độ tuyệt đối T không thể âm
a. Phương trình trạng thái của khí lý tưởng [7]
Chất khí mà sự tương tác giữa các phân tử là nhỏ không đáng kể và kích
thước riêng của các phân tử có thể bỏ qua gọi là khí lý tưởng. Người ta hay dùng
mô hình chất khí lý tưởng vì nó có các tính chất đơn giản nhất. Tuy nhiên thực
tế không tồn tại chất khí hoàn toàn lý tưởng, nhưng các khí thực khi khá loãng
có các tính chất gần với khí lý tưởng. Quan sát và thí nghiệm cho thấy, các chất
khí gần với khí lý tưởng tuân theo phương trình trạng thái sau đây (gọi là
m

phương trình trạng thái khí lý tưởng) pV = µ RT

(1)

Trong đó:
m: khối lượng của khối khí; µ là khối lượng của một kmol (hay khối
lượng phân tử kilogam); p là áp suất; V là thể tích; T là nhiệt độ tuyệt đối
R = 8,31.103 J/kmol.K là hằng số khí
Khi lượng khí bằng một Kmol, m = µ , thì phương trình (1) có dạng
pV µ = RT

(2)

Trong đó V µ là thể tích của một Kmol chất khí. Phương trình (1) còn có
một dạng tương đương khác. Chú ý rằng cho số Kmol của khối khí. Nếu kí hiệu
N là số phân tử chứa trong khối khí và N A là số phân tử chứa trong một Kmol
N

chất khí (được gọi là số Avôgađrô) thì số Kmol bằng tỷ số N . Do đó
A
m N
=
µ NA

(3)

3


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1
N

Thay (3) và (2) ta có: pV = N RT
A

(4)

Thực nghiệm cho thấy rằng số Avôgađrô bằng N A = 6, 023.1026 kmol −1
R

Hằng số mới k B = N được gọi là hằng số Boltzmann. Trị số của kB bằng

A
kB =

8,31.103 ( J / Kmol.K )
= 1,38.10−23 ( J / K )
26
6, 023.10 (1/ Kmol )

Phương trình (4) bây giờ có dạng pV = Nk BT
hay p = nk BT
Trong đó n =

(6)
(7)

N
là số phân tử khí trong một đơn vị thể tích. Các phương
V

trình (1), (6) và (7) là các dạng khác nhau của phương trình trạng thái của khí lý tưởng.
b. Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí [7]
Theo quan điểm của thuyết động học phân tử: mọi chất dù là khí, lỏng hay
rắn đều được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử. Các phân tử chuyển động hỗn
loạn không ngừng. Đối với các chất khí thì thuyết động học phân tử còn giả
thuyết thêm các phân tử khí có thể coi như các chất điểm chuyển động tự do,
không tương tác nhau trừ những khi va chạm. Các phân tử khí khi va chạm lên
thành bình gây nên áp suất. Các va chạm giữa các phân tử và giữa các phân tử
với thành bình được giả thuyết là các va chạm đàn hồi.
Ta xét một chất khí gồm N phân tử đựng trong một các bình hình lập
phương có cạnh a. Ta lấy một diện tích nhỏ ∆S của thành bình và tính số va đập

của các phân tử vào bề mặt đó trong thời gian ∆t . Ta lập luận đơn giản như sau:
Giả sử rằng các phân tử khí chỉ chuyển động dọc theo ba hướng vuông góc với
nhau một cách đồng đều. Như vậy sẽ có
phương, một nữa số phân tử đó (tức là

N
phân tử chuyển động dọc theo mỗi
3
N
phân tử) chuyển động về hướng ∆S
6

(chẳng hạn theo hướng pháp tuyến). Ngoài ra, ta giả sử rằng mọi phân tử đều
chuyển động với cùng vận tốc

v . Khi đó, trong khoảng thời gian ngắn
4

∆t , tất cả


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

các phân tử khí đập tới bề mặt phải được chứa trong thể tích hình trụ với đáy ∆S
1
6

và chiều cao v∆t . Số phân tử này bằng ∆n = n∆Sv∆t
Trong đó n =

(8)

N
là số phân tử trong một đơn vị thể tích. Vì va chạm giữa
V

phân tử và thành bình là va chạm đàn hồi nên sau khi va chạm động lượng của
mỗi phân tử biến thiên một lượng ∆p = −mv − (mv) = −2mv . Theo định lý về động
lượng thì độ biến thiên động lượng của một vật trong thời gian nào đó bằng
xung lượng của ngoại lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó
∆p = fb .∆t

Ta có fb .∆t = −2mv suy ra fb = −

(9)

2mv
. Theo định luật III Niutơn, mỗi
∆t

phân tử tác động lên thành bình một lực f = − f b =

2mv
. Do đó lực nén vuông
∆t

góc của các phân tử lên bề mặt ∆S là
F = ( ∆n) f =

2mv

2mv 1
∆n =
n∆Sv∆t = nmv 2 ∆S
∆t
∆t 6

Theo định nghĩa áp suất p =

1
F
2
nên ta được p = nmv
∆S
3

(10)

Thực ra các phân tử không chuyển động với cùng một vận tốc

v

mà có

thể khác nhau. Do đó, thay vì v 2 trong (10) ta thay giá trị vận tốc trung bình
v2 =

theo định nghĩa như sau:

1
N

N

∑v
i =1

2
i

v2

(11)

với vi là độ lớn vận tốc của phân tử thứ i.
1
3

2 mv 2
3 2

Ta viết lại (10): p = nmv 2 = n

(11)

Khối lượng của tất cả các phân tử theo giả thuyết là như nhau. Do đó có
thể đưa nó vào trong dấu trung bình

mv 2 mv 2
=
= Wd

2
2

5

(12)


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Với Wd là giá trị trung bình của động năng chuyển động tịnh tiến của các
2
phân tử. Cuối cùng ta có hệ thức: p = nWd
3

(13)

Phương trình (13) được gọi là phương trình cơ bản của thuyết động học
phân tử các chất khí.
So sánh các công thức (13) và (7) cho áp suất của khí lý tưởng ta được:
Wd =

3
k BT
2

(14)

Như vậy, động năng tịnh tiến trung bình của phân tử khí chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ và tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối. Điều đó nói lên ý nghĩa vật lí của

nhiệt độ: nhiệt độ là thông số vĩ mô phản ánh mức độ vận động của các phân tử
cấu tạo nên các vật. Vật càng nóng thì chuyển động nhiệt càng mãnh liệt.
III.1.2. Nội năng
a. Định nghĩa
Nội năng là một trong những khái niệm cơ sở của Nhiệt động lực học. Khái niệm
nội năng ra đời và phát triển gắn liền với nguyên lý I của Nhiệt động lực học.
Trong vật lí hiện đại, người ta hiểu nội năng là tập hợp tát cả các dạng
năng lượng ( trừ cơ năng của toàn bộ hệ) có trong hệ đang xét.
Năng lượng toàn phần của một hệ bao gồm động năng của hệ liên quan
đến chuyển động có hướng của toàn bộ hệ, thế năng của hệ trong trường ngoài
và nội năng của hệ

∆W = Wđ + Wt + U

Thuyết động học phân tử đã làm rõ bản chất của khái niệm nội năng.
Ngày nay, người ta hiểu nội năng bao gồm:
- Động năng của các chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của các phân tử .
- Thế năng tương tác của các phân tử quy định bởi các lực phân tử giữa chúng.
- Năng lượng chuyển động dao động của các nguyên tử.
- Năng lượng của các võ điện tử của nguyên tử.
- Năng lượng hạt nhân.
- Năng lượng bức xạ điện từ.
Tuy nhiên, trong NĐLH người ta không quan tâm đến toàn bộ nội năng
của vật mà chỉ chú ý tới biến thiên nội năng của vật khi vật chuyển từ trạng thái
6


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

nhiệt này sang trạng thái nhiệt khác. Trong quá trình chuyển trạng thái này chỉ

có động năng và thế năng của các phân tử cấu tạo nên vật thay đổi. Do đó, để
đơn giản trong NĐLH có thể coi nội năng là dạng năng lượng chỉ bao gồm động
năng của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật và thế năng
tương tác giữa chúng. Với ddingj nghĩa trên, nội năng là hàm trạng thái nhiệt
của vật, nghĩa là ứng với mỗi trạng thái nhiệt, vật có một nội năng xác định.
Trong Nhiệt động lực học (NĐLH) điều quan trọng không phải là nội năng U,
mà là độ biến thiên nội năng ∆U khi hệ biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác.
Trong các quá trình chuyển trạng thái chỉ có động năng và thế năng của các phân tử cấu
tạo nên vật thay đổi. Do đó, để đơn giản trong NĐLH có thể coi nội năng là dạng năng
lượng chỉ bao gồm động năng chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên hệ và thế
năng tương tác giữa các phân tử.
Ở mỗi trạng thái, hệ có một nội năng xác định. Khi trạng thái của hệ thay đổi thì
nội năng của hệ thay đổi và độ biến thiên nội năng của hệ trong quá trình biến đổi chỉ
phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối mà không phụ thuộc vào quá trình
biến đổi cho nên nội năng chỉ phụ thuộc vào trạng thái của hệ. Ta nói rằng nội
năng là một hàm trạng thái.
Khi nhiệt độ thay đổi thì động năng của các phân tử cấu tạo nên vật thay
đổi, do đó nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
Khi thể tích thay đổi thì khoảng cách giữa các phân tử cấu tạo nên vật
thay đổi, làm cho thế năng tương tác giữa chúng thay đổi, do đó nội năng phụ
thuộc vào thể tích của vật.
Nội năng là hàm số của nhiệt độ, áp suất,… tức là hàm của những tham số
đặc trưng một cách đơn giá trạng thái của hệ.
Vậy, nội năng của một vật phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của vật. Nội
năng là hàm số của nhiệt độ và thể tích : U = f(T, V).
Phân biệt hai khái niệm nội năng và nhiệt năng
- Nội năng là dạng năng lượng chỉ bao gồm động năng chuyển động nhiệt của các
phân tử cấu tạo nên hệ và thế năng tương tác giữa các phân tử.

7

Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

- Nhiệt năng là năng lượng của chuyển động nhiệt, nghĩa là động năng của chuyển
động của các phân tử cấu tạo nên vật. Theo cách hiểu này thì nhiệt năng là một phần của nội
năng. Đối với khí lý tưởng thì nhiệt năng đồng nhất với nội năng.
b. Các cách làm biến đổi nội năng của hệ
Vì nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích của hệ nên nếu ta làm thay
đổi nhiệt độ và thể tích của hệ thì nội năng thay đổi. Vậy hai cách làm thay đổi
nội năng của hệ là thực hiện công và truyền nhiệt lượng.
* Thực hiện công
Khi bơm xe đạp bằng bơm tay, ta thấy bơm bị nóng lên. Điều đó chứng tỏ
không khí trong bơm đã nóng lên, nghĩa là nội năng của không khí đã biến thiên
do ta thực hiện công.
Khi ta cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn (thực hiện công cơ học), miếng
kim loại nóng lên. Nội năng của miếng kim loại đã thay đổi do thực hiện công.
Ví dụ:
- Khi ta cọ xát miếng kim loại trên mặt bàn (thực hiện công cơ học), miếng
kim loại nóng lên. Nội năng của miếng kim loại đã thay đổi do thực hiện công.
- Ấn pittông trong một xilanh chứa khí xuống thì thể tích của khí trong
xilanh giảm đồng thời khí nóng lên tức nội năng của khí đã biến đổi.
* Truyền nhiệt lượng
Có thể làm cho không khí trong bơm nóng lên bằng cách hơ nóng thân bơm
và làm cho miếng kim loại nóng lên bằng cách thả nó vào nước nóng. Khi đó nội
năng của không khí hay miếng kim loại tăng lên không do thực hiện công mà do
truyền nhiệt lượng.
Ví dụ:
- Thả miếng đồng vào nước nóng. Sau một thời gian miếng đồng nóng
lên có nghĩa là nội năng của nó đã biến đổi.

III.1.3. Nhiệt lượng
a.Định nghĩa

8


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Phải mất nhiều thế kỉ, con người mới trả lời được câu hỏi về bản chất của
nhiệt là gì? Vào đầu thế kỉ XVIII, người ta cho rằng nhiệt là một chất đặc biệt
gọi là “chất nhiệt”. Đó là một chất lỏng vô hình, không có trọng lượng, thấm sâu
vào mọi vật và có thể truyền dễ dàng từ vật này sang vật khác. Thuyết chất nhiệt
có thể giải thích được một số hiện tượng nhiệt trong đó có sự truyền nhiệt,
nhưng không giải thích được nhiều hiện tượng nhiệt khác trong đó có hiện tượng
thay đổi nhiệt lượng bằng cách thực hiện công.[8]
Đồng thời với thuyết chất nhiệt còn có thuyết cho rằng bản chất của nhiệt
là do chuyển động của các hạt vật chất. Trong số những người ủng hộ thuyết
này có các nhà vật lý nổi tiếng như Niu-tơn, Ma-ri-ốt, Lô-mô-nô-xốp, Jun. Tuy
nhiên phải chờ đến đầu thế kỉ XIX, khi thuyết về vật chất được cấu tạo từ các
nguyên tử, phân tử ra đời người ta mới công nhận bản chất của nhiệt là do
chuyển động của các hạt vật chất cấu tạo nên vật. [8]
Nhiệt là khái niệm được dùng với nhiều nghĩa khác nhau bao gồm: [9]
- Nhiệt năng là năng lượng của chuyển động hỗn loạn (tịnh tiến, quay, dao
động) của các phân tử (nguyên tử) tạo thành một vật. Nhiệt năng cùng với thế
năng của các phân tử tạo thành nội năng của vật.
- Nhiệt lượng là phần năng lượng truyền từ vật này sang vật khác bằng
trao đổi nhiệt năng.
Nhiệt năng có quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ. Nhiệt độ của vật càng cao thì
các phân tử cấu tạo nên vật chuyển động càng nhanh và nhiệt năng của vật càng
lớn. Nhiệt năng có thể được trao đổi giữa các vật hay hệ thống do sự khác biệt

về nhiệt độ. Nhiệt năng có thể được tạo ra hoặc thay đổi, bằng cách chuyển hóa
giữa năng lượng có hướng (thế năng, động năng định hướng trên tầm vĩ mô) và
năng lượng hỗn loạn, qua các quá trình vĩ mô như thực hiện công năng lên vật
hoặc trao đổi nhiệt vĩ mô vào vật hoặc các quá trình vi mô như các phản ứng hóa
học (như sự cháy), phản ứng hạt nhân (như phản ứng tổng hợp hạt nhân bên
trong Mặt Trời), sự ma sát giữa các electron với mạng tinh thể (trong bếp điện)
hay ma sát cơ học. Nhiệt có thể được trao đổi qua các quá trình bức xạ, dẫn

9


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

nhiệt hay đối lưu. Lượng nhiệt năng dự trữ hay chuyển tải trên các vật còn gọi là
nhiệt lượng và thường được ký hiệu trong các tính toán bằng chữ Q.
Ta sẽ quy ước coi nhiệt Q là dương (Q > 0) nếu đó là nhiệt do hệ nhận
vào, coi nhiệt Q là âm (Q < 0) nếu bản thân hệ tỏa nhiệt. Nhiệt là một hình thức
trao đổi năng lượng nhưng nhiệt cũng không phải là năng lượng. Nhiệt chỉ xuất
hiện trong một quá trình biến đổi trạng thái của hệ, nhiệt cũng là một hàm của
quá trình. Nhiệt được tính theo đơn vị calo hoặc Jun : 1 cal =4,18 J
Như vậy, ta thấy rằng công và nhiệt đều là những đại lượng đặc trưng cho
mức độ trao đổi năng lượng giữa các hệ. Tuy có sự khác nhau giữa công và
nhiệt nhưng chúng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau và có sự chuyển hoá lẫn
nhau: công có thể biến thành nhiệt và ngược lại. Ví dụ: khi cọ sát hai vật, chúng
nóng lên tương tự như chúng đã nhận nhiệt; khi đốt nóng một vật, nghĩa là
truyền nhiệt cho vật thì vật nóng lên, nội năng của vật thay đổi nhưng đồng thời
vật dãn nở, nghĩa là một phần nhiệt đã biến thành công làm cho vật dãn nở.
Vì sự thực hiện công và quá trình truyền nhiệt lượng đều là những cách
làm biến đổi nội năng của vật nên chúng tương đương nhau. Việc tìm ra sự
tương đương này là một sự kiện quan trọng đối với khoa học và kĩ thuật, đặc

biệt là đối với việc thiết lập định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.
b) Đơn vị nhiệt lượng:
Trước khi các nhà khoa học nhận thức được nhiệt lượng là năng lượng
được chuyển, nhiệt lượng được đo thông qua khả năng làm tăng nhiệt độ của
nước. Chính vì vậy, calo (cal) được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết cho một
gam nước tăng nhiệt độ 14,50C. Trong hệ đo lường của Anh, đơn vị nhiệt lượng
tương ứng là ĐƠN VỊ NHIỆT LƯỢNG CỦA ANH (Btu) được định nghĩa là
nhiệt lượng có thể làm tăng 1Lb nước từ 63 lên 640F.
Năm 1984, cộng đồng khoa học quyết định rằng, nhiệt lượng cũng như
công, là năng lượng được chuyển, nên đơn vị SI cho nhiệt lượng phải cùng là
đơn vị cho năng lượng đó là Jun. Calo bây giờ được định nghĩa là 4,1860J

10


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

(chính xác) và không có liên quan gì tới sự làm nóng của nước cả. Cal dùng
trong dinh dưỡng, một đôi khi gọi là Calo (Cal) thực tế là kilô calo.
Mối liên hệ giữa các đơn vị đo nhiệt lượng
1J=0,2389calo = 9,481.10-4Btu ; 1calo=4,186J = 3,96.10-3Btu
c) Công thức tính nhiệt lượng
+ Nhiệt lượng thu vào hay tỏa ra của vật khi nhiệt độ của vật thay đổi :

Q =mc∆T
Trong đó, c là nhiệt dung riêng của chất tạo nên vật (J/kg.K), m là khối
lượng của vật (kg), ∆T là độ biến thiên nhiệt độ của vật (K).
Có thể viết lại biểu thức như sau

Q=

m

µ

(C =µc )

C ∆T

với C là nhiệt dung phân tử của chất cấu tạo nên vật (J/mol.K), µ là khối
lượng của một mol chất (kg/mol).
Q=

Nếu vật biến đổi đẳng tích thì

m
C V ∆T với CV là nhiệt dung
μ

phân tử đẳng tích.
Nếu vật biến đổi đẳng áp thì

Q=

m
C P ∆T
μ

với CP là nhiệt dung

phân tử đẳng áp.
+ Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy m (kg) nhiên liệu : Q = mq, trong đó, q là
năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J/kg).
+ Nhiệt lượng nóng chảy: Q = λ m, trong đó λ là nhiệt nóng chảy
+ Nhiệt lượng hóa hơi: Q = Lm, trong đó L là nhiệt hóa hơi
III.1.4. Nhiệt dung

a) Nhiệt dung (kí hiệu: C)
Định nghĩa: Nhiệt dung C của một vật là hằng số tỉ lệ giữa nhiệt lượng và
độ biến thiên nhiệt độ mà nhiệt lượng này tạo ra trong vật.
Nhiệt dung được suy ra từ biểu thức: Q = C(T2-T1). Trong đó T2, T1 là
nhiệt độ cuối, đầu của vật.
Đơn vị: J/K hoặc cal/K
11


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

b) Nhiệt dung riêng (kí hiệu: c)
Định nghĩa: Nhiệt dung riêng của một chất cho biết nhiệt lượng cần thiết
để làm cho 1kg chất đó tăng thêm 10C.
Nhiệt dung riêng được suy ra từ biểu thức: Q=mc(T2-T1)
Đơn vị: J/kg.độ hoặc J/kg.K
Tóm lại, các khái niệm nhiệt lượng, nhiệt dung, nhiệt dung riêng đều là
những khái niệm của “thuyết chất nhiệt”. Tuy nhiên do thói quen cho tới nay
người ta vẫn sử dụng khái niệm này mặc dù không công nhận thuyết chất nhiệt.
Công và nhiệt lượng
Sự thực hiện công và sự truyền nhiệt lượng là hai hình thức truyền năng
lượng khi các hệ khác nhau tương tác với nhau.
* Sự thực hiện công: là hình thức truyền năng lượng giữa các vật vĩ mô

tương tác với nhau và bao giờ cũng gắn liền với sự chuyển dời có định hướng
của vật (hay một phần của vật).
* Sự truyền nhiệt : là hình thức truyền năng lượng xảy ra trực tiếp giữa
các nguyên tử, phân tử chuyển động hỗn loạn cấu tạo nên các vật đang tương tác.
Như vậy, sự truyền nhiệt cho hệ chỉ là sự truyền cùng một dạng năng
lượng (năng lượng của chuyển động hỗn loạn của các phân tử) từ nơi này đến
nơi khác và trực tiếp dẫn đến sự tăng nội năng của hệ được truyền nhiệt lượng.
Còn sự thực hiện công đối với hệ thì có thể là sự truyền cùng một dạng năng
lượng bất kì nào đó (trừ sự truyền năng lượng chuyển động nhiệt) từ nơi này đến
nơi khác hay có thể là sự biến đổi giữa những dạng năng lượng khác nhau và
trực tiếp dẫn đến sự tăng một dạng năng lượng bất kì của hệ (động năng, thế
năng, nội năng…).[3]
* Công và nhiệt đều là những đại lượng đo mức độ trao đổi năng lượng
giữa các hệ nhưng công liên quan đến chuyển động có trật tự còn nhiệt liên quan
đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử của hệ.[3]
* Phân biệt sự khác nhau giữa năng lượng với nhiệt và công

12


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

+ Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho chuyển động và tương tác của
vật chất. Năng lượng luôn tồn tại cùng vật chất. Năng lượng là hàm trạng thái.
Ví dụ:
Cơ năng đặc trưng cho chuyển động cơ học, nhiệt năng đặc trưng cho
chuyển động hỗn loạn của các phân tử (chuyển động nhiệt),…
+ Công và nhiệt không phải là những dạng năng lượng mà là những phần
năng lượng đã được trao đổi giữa các vật tương tác với nhau. Công và nhiệt chỉ
xuất hiện trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ. Vì vậy công và nhiệt là

những hàm của quá trình, không phải là những hàm trạng thái.[3]
III.2. Các nguyên lí NĐLH
III.2.1. Định luật thứ nhất của NĐLH (Nguyên lý thứ nhất của NĐLH)
III.2.1.1. Phát biểu
Trong một quá trình biến đổi, độ biến thiên nội năng của hệ có giá trị
bằng tổng công và nhiệt mà hệ nhận được trong quá trình đó.
Biểu thức:

∆U = A + Q

Cách phát biểu khác: nhiệt truyền cho hệ trong một quá trình có giá trị
bằng độ tăng nội năng của hệ và công do hệ sinh ra trong quá trình đó.
Q = ∆U – A
Các đại lượng ∆U, A, Q có thể dương hoặc âm.
Quy ước về dấu:
Q > 0: hệ nhận nhiệt lượng
Q < 0: hệ truyền nhiệt lượng
A > 0: hệ nhận công
A < 0: hệ thực hiện công.
Hình 33.1

III.2.1.2. Hệ quả của nguyên lý I

Quy ước về dấu của A và Q

a. Nếu hệ thực sự nhận công và nhiệt A > 0, Q > 0 thì nội năng của hệ tăng ∆U > 0
b. Nếu hệ thực sự sinh công và toả nhiệt ra bên ngoài A < 0, Q < 0 thì
nội năng của hệ giảm ∆U < 0

13

Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

c. Đối với hệ cô lập
Hệ cô lập thì không trao đổi nhiệt và công với bên ngoài. Ta có A = Q =
0. Do đó, ΔU = 0 hay U = const. Vậy, nội năng của hệ cô lập được bảo toàn.
Nếu hệ cô lập gồm hai vật chỉ trao đổi nhiệt với nhau và giả sử Q 1, Q2 là
nhiệt lượng mà hai vật đã trao đổi cho nhau thì Q1 + Q2 = Q = 0 hay Q1 = – Q2.
Vậy, trong một hệ cô lập gồm hai vật chỉ trao đổi nhiệt, nhiệt lượng mà
vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng mà vật kia đã thu vào.
Ví dụ: Nung nóng một miếng đồng rồi thả vào một cốc nước lạnh thì nhiệt
lượng mà miếng đồng tỏa ra bằng nhiệt lượng nước thu vào.
d. Đối với hệ biến đổi theo chu trình
Sau một chu trình, hệ trở về trạng thái ban đầu, ta có ΔU = 0 hay U =
const. Vậy, nội năng của hệ biến đổi theo chu trình được bảo toàn.
Từ biểu thức của NLI suy ra A + Q = 0 hay A = – Q
Do đó, trong một chu trình, công mà hệ nhận được có giá trị bằng nhiệt do
hệ tỏa ra bên ngoài hay công do hệ sinh ra có giá trị bằng nhiệt mà hệ nhận được
từ bên ngoài.
Phát biểu nguyên lý I theo cách khác: không thể thực hiện được động cơ
vĩnh cửu loại một (động cơ vĩnh cửu loại một là loại động cơ có thể sinh công
mà không cần tiêu thụ năng lượng nào cả hoặc chỉ tiêu thụ một phần năng
lượng ít hơn công sinh ra).
Nếu hệ nhận công A > 0 thì hệ sẽ toả nhiệt Q < 0. Muốn sinh công A<0
thì hệ phải nhận nhiệt Q > 0
Không thể có một động cơ sinh công mà không cần thu năng lượng. Động
cơ có thể sinh công mãi mãi mà không cần cung cấp năng lượng được gọi là
động cơ vĩnh cửu loại một. Nguyên lý I cho thấy không thể nào chế tạo được
động cơ vĩnh cửu loại một.

III.2.1.3. Áp dụng nguyên lý I nhiệt động lực học cho khí lý tưởng
Có nhiều ứng dụng khác nhau của nguyên lý I. Trong chương trình vật lý
phổ thông chỉ xét việc ứng dụng nó để nghiên cứu các quá trình cơ bản của khí

14


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

lý tưởng. Ta sẽ xác định độ biến thiên nội năng, công và nhiệt mà hệ nhận vào
trong các quá trình này.
* Quá trình đẳng tích
Quá trình đẳng tích là quá trình biến đổi trạng thái khi thể tích không đổi
Ví dụ: quá trình hơ nóng hay làm lạnh một khối khí trong bình kín.
Trong hệ toạ độ p - V, quá trình này được biểu diễn bằng một đoạn thẳng
song song với trục Op. Đoạn 1 – 2 ứng với quá trình giãn đẳng tích.
p
p2

2

p1

1
V

0

V1
Hình 5

Trong quá trình đẳng tích ∆V = 0 nên công mà khối khí nhận vào trong
V2

quá trình này A = − ∫ pdV = 0
V1

Nhiệt mà khối khí nhận vào:
T

m 2
m
m
Q = ∫ δ Q = CV ∫ dT = CV ( T2 − T1 ) hay Q = CV ∆T
µ
µ T1
µ

Độ biến thiên nội năng ∆U = Q + A ⇒ ∆U = Q
Vậy: trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng mà khí nhận được chỉ dùng
để làm tăng nội năng của khí.
* Quá trình đẳng áp
Quá trình đẳng áp là quá trình biến đổi trạng thái khi áp suất không đổi
Ví dụ: Nung nóng một lượng khí chứa trong xilanh có pittông đóng kín.
Trong hệ toạ độ p – V, quá trình này được biểu diễn bằng một đoạn thẳng
song song với trục OV. Đoạn 1 – 2 ứng với quá trình giãn đẳng áp.
15


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

p
p1

1

2
A’

O

V
V1

V2

Hình 6
Trong quá trình đẳng áp ∆V ≠ 0 nên công mà khí nhận được
A = − A' = − p (V2 − V1 ) ≠ 0 với V2 > V1
m

Nhiệt lượng mà hệ nhận vào Từ (21) ta có Q = µ C p ∆t
m

Độ biến thiên nội năng Từ (22) ta có : ∆U = Q + A = µ C p ∆t − p(V2 − V1)
Vậy: trong quá trình đẳng áp, một phần nhiệt lượng mà khí nhận vào
được dùng làm tăng nội năng của khí, phần còn lại biến thành công mà khí sinh ra.
* Quá trình đẳng nhiệt
Quá trình đẳng nhiệt là quá trình biến đổi trạng thái khi nhiệt độ không đổi.
Ví dụ: Quá trình nén hoặc dãn một lượng khí trong xillanh.

Trong hệ toạ độ p – V, quá trình này được biểu diễn bằng một cung
đường cong hyperbol. Đoạn 1 – 2 ứng với quá trình giãn đẳng nhiệt.
p
p1

1

p2
0

A’
V1

16

Hình 7

2
V2

V


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Trong quá trình đẳng nhiệt, nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào
nhiệt độ nên ∆U = 0
Công mà khí nhận được A = − A' ≠ 0
V

2
V
m
dV m
A
=
−
RT
= RT ln 1
Từ (1) v à (18) ta có:
∫
µ
µ
V2
V1 V

m

p

V

p

2
1
2
Hay A = µ RT ln p (do ln V = ln p )
2
1

1

Nhiệt lượng mà khí nhận được
Từ (23) ta được Q = A'
Vậy, Trong quá trình đẳng nhiệt, toàn bộ nhiệt lượng mà khí nhận được
chuyển hết sang công mà khí sinh ra.
* Quá trình đoạn nhiệt
Một quá trình được gọi là đoạn nhiệt nếu như trong đó hệ cách nhiệt với
bên ngoài δ Q = 0 hay Q = 0
Phương trình đoạn nhiệt pV γ = const , nghĩa là p1V1γ = p2V2γ cho trạng thái
1 và trạng thái 2
Ví dụ: quá trình nén, dãn khí trong một bình có vỏ cách nhiệt lý tưởng.
Trong hệ toạ độ p – V, quá trình này được biểu diễn bằng đường cong có
độ dốc hơn trrong quá trình đẳng nhiệt. Đoạn 1 – 2 ứng với quá trình giãn đoạn nhiệt.
p
1

p1
p2

2

0

V1

V2

Hình 8
Do quá trình đoạn nhiệt nên Q = 0

Công mà hệ nhận vào trong qúa trình này
17

V


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1
V2

A = − ∫ pdV = − pV

γ
1

V1

Ta được

V2

dV
V1γ
γ
γ
vì
nên
pV
=
p
V

p
=
p
∫ γ
1 1
1
V
V1 V

1− γ

p1V1γ
p1V1γ  V 
1− γ
1− γ
V2 − V1  =
A=
 ÷ − 1
γ −1
γ − 1  V 


Hoặc thay p1V1γ = p2V2γ ta được: A =

p2V2 − p1V1
γ −1

Độ biến thiên nội năng của khối khí: ∆U = Q + A ⇒ ∆U = Q
Vậy: trong quá trình đoạn nhiệt Q = 0, độ biến thiên nội năng của hệ
đúng bằng công mà khối khí nhận vào [2]

* Chu trình
Chu trình là một quá trình mà trạng thái cuối của nó trùng với trạng thái đầu.
p
p2
A’

p1

V

O

V2

Hình 9

V1

Công và nhiệt lượng mà hệ nhận được trong chu trình
A = A1 + A2 + A3 + … + An,
Q = Q1 + Q2 + Q3 + … + Qn,
Trong đó Ai, Qi tương ứng là công và nhiệt lượng mà hệ nhận được ứng với
từng quá trình trong chu trình.
Hoặc công mà hệ nhận được trong chu trình được tính bằng phần diện tích
được giới hạn bởi đường biểu diễn quá trình biến đổi.
Áp dụng nguyên lý I của NĐLH: ∆U = A + Q suy ra A = -Q
Vậy, tổng nhiệt lượng mà hệ nhận được trong cả chu trình chuyển hết
sang công mà hệ sinh ra trong chu trình đó. [5]

18

Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Ta có thể tóm tắt các biểu thức chính trong các quá trình cân bằng của khí
lý tưởng
Quá trình
Đẳng tích
Đẳng áp

Dữ kiện
p
= const
T
V
= const
T

A
A=0
A = − p(V2 − V1 )

Q
m

Q = µ CV ∆t
m

Q = µ C p ∆t

Đẳng nhiệt

pV = const

Đoạn nhiệt

pV γ = const

Chu trình

Trạng thái

Tính A và Q của mỗi quá trình

cuối trùng với

Tính A’ theo diện tích giới hạn

trạng thái đầu

bởi đường cong kín

A=

V
m
RT ln 1
µ
V2

A=

p2V2 − p1V1
γ −1

Q=

V
m
RT ln 2
µ
V1

Q=0

∆U = A + Q
m
∆U = CV ∆t

µ

∆U =

m
CV ∆t
µ

∆U = 0

∆U =

p2V2 − p1V1
γ −1

∆U = 0

Ý nghĩa của nguyên lý I Nhiệt động lực học
Nguyên lý I có một vai trò quan trọng trong việc nhận thức tự nhiên cũng
như trong khoa học và kĩ thuật.
Ăngghen là người đầu tiên nêu lên được tính tổng quát của nguyên lý I.
Ăngghen khẳng định rằng nguyên lý I chính là định luật bảo toàn và biến đổi
vận động, một cơ sở của chủ nghĩa duy vật biện chứng.
Độ tăng hay giảm nội năng của hệ sẽ bằng độ giảm hay tăng năng lượng
của hệ khác đang trao đổi năng lượng với hệ. Nếu hệ chuyển từ trạng thái này
sang trạng thái khác theo những quá trình khác nhau, nhiệt lượng và công hệ
nhận được trong mỗi quá trình đó là khác nhau nhưng tổng đại số nhiệt lượng và
công mà hệ nhận được trong các quá trình lại như nhau và bằng độ biến thiên
nội năng của hệ. Nguyên lý I là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa
năng lượng vào các hiện tượng nhiệt.
Không thể có một máy nào làm việc chỉ sinh công mà lại không nhận
thêm năng lượng từ bên ngoài hoặc sinh công lớn hơn năng lượng truyền cho nó.
Nguyên lý I biểu diễn mối quan hệ giữa độ biến thiên nội năng và công ,
nhiệt lượng trong một quá trình biến đổi.
19


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

III. 2.1.4. Những hạn chế của nguyên lý I Nhiệt động lực học
Mọi quá trình trong tự nhiên đều tuân theo nguyên lý I nhiệt động lực học

nhưng có những quá trình diễn ra trong thực tế mà nguyên lý I không giải thích
được. Ví dụ cho hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau chúng sẽ trao
đổi nhiệt. Nguyên lý I chỉ đòi hỏi vật này cho bao nhiêu thì vật kia nhận bấy
nhiêu nhiệt mà không thể chỉ ra rằng nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh hoặc
từ vật lạnh sang vật nóng. Nhưng trong thực tế vật chỉ truyền từ vật nóng sang
vật lạnh, quá trình truyền ngược lại không thể tự nó xảy ra.
Ví dụ: Xét một hệ cô lập gồm hai vật có nhiệt độ khác nhau. Khi đặt hai
vật tiếp xúc với nhau thì chúng sẽ trao đổi nhiệt với nhau
Theo nguyên lý I thì nhiệt lượng mà vật này tỏa ra bằng nhiệt lượng mà
vật kia thu vào. Trong hệ có thể xảy ra quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang
vật lạnh hoặc từ vật lạnh sang vật nóng
Thực tế trong hệ trên chỉ xảy ra quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang
vật lạnh.
Như vậy, nguyên lý I không cho biết chiều diễn biến của quá trình thực tế
xảy ra và không đề cập tới vấn đề chất lượng của nhiệt. Thực tế cho thấy nhiệt
lượng nhận được từ môi trường có nhiệt độ cao có chất lượng hơn nhiệt lượng
nhận được ở môi trường có nhiệt độ thấp (ví dụ nhiệt lượng thu được từ 1 kg
than đá khác với nhiệt lượng thu được từ 1 kg gỗ).
Mặt khác, nguyên lý I chưa nêu lên sự khác nhau trong quá trình chuyển
hóa giữa công và nhiệt lượng. Theo nguyên lý I thì công và nhiệt là tương
đương nhau và có thể chuyển hóa lẫn nhau. Thực tế chứng tỏ rằng công có thể
chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt lượng nhưng nhiệt lượng chỉ có thể chuyển
hóa một phần thành công.
III.2.2.Định luật thứ II của nhiệt động lực học (nguyên lý II NĐLH)
Nguyên lý II của NĐLH khắc phục những hạn chế của nguyên lý I và
đóng một vai trò rất quan trọng trong việc chế tạo các máy nhiệt.
III.2.2.1. Các khái niệm

20

Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

III.2.2.1.1. Quá trình thuận nghịch
Một quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 được gọi là
thuận nghịch khi nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại và trong quá trình
ngược đó hệ đi qua các trạng thái trung gian như trong quá trình thuận.
Như vậy đối với quá trình thuận nghịch, sau khi tiến hành quá trình thuận
và quá trình nghịch để đưa hệ về trạng thái ban đầu thì môi trường xung quanh
không xảy ra một biến đổi nào cả.
Ví dụ: Con lắc dao động không ma sát; Quá trình nén, giãn khí đoạn nhiệt
vô cùng chậm; …
Đa số các quá trình cơ học không có ma sát đều là quá
trình thuận nghịch.
III.2.2.1.2. Quá trình không thuận nghịch

B

Quá trình không thuận nghịch là quá trình khi tiến hành
theo chiều ngược lại, hệ không qua đầy đủ các trạng thái trung gian như trong
quá trình thuận.
Do đó đối với quá trình không thuận nghịch, sau khi tiến hành quá trình
thuận và quá trình nghịch để đưa hệ về trạng thái ban đầu thì môi trường xung
quanh bị biến đổi.
Ví dụ: Các quá trình có ma sát; Quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh; …
III.2.2.1.3. Các máy nhiệt
Máy nhiệt là một hệ hoạt động tuần hoàn biến công thành nhiệt hoặc biến
nhiệt thành công.
Cấu tạo của các máy nhiệt gồm có ba bộ phận chính:
1. Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng.

2. Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác
nhân và các thiết bị phát động.
3. Nguồn lạnh để thu nhiệt do tác nhân toả ra.
Máy nhiệt được chia làm hai loại: động cơ nhiệt và máy lạnh.
* Động cơ nhiệt

21

A


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Động cơ nhiệt là một máy hoạt động tuần hoàn biến nhiệt thành công.
Ví dụ: máy hơi nước, các loại động cơ đốt trong.
Thực tế cho thấy động cơ nhiệt chỉ hoạt động nếu nó làm việc giữa hai
(hay nhiều) nguồn nhiệt. Thông thường một động cơ nhiệt hoạt động giữa hai
nguồn nhiệt (ví dụ lò nung và bình ngưng trong máyhơi nước) gọi là nguồn nóng
và nguồn lạnh. Chất vận chuyển (hơi nước, không khí khô, khí cháy, …) biến
nhiệt thành công gọi là tác nhân. Nguồn nhiệt là một hệ bên ngoài đối với tác
nhân. Trong nhiệt động lực học nguồn nhiệt được coi là rất lớn so với tác nhân,
có nhiệt độ không đổi nó nhường nhiệt hoặc nhận nhiệt nhưng nhiệt độ của nó
luôn luôn không đổi.
Trong động cơ nhiệt làm việc giữa hai nguồn nhiệt, tác nhân nhận được
trong mọi chu trình một lượng nhiệt Q 1 lấy từ nguồn nóng ở nhiệt độ T 1 chuyển
một phần nào đó ra công A’; phần nhiệt còn lại Q2’ nhường cho nguồn lạnh ở
nhiệt độ T2 ( với T2 < T1)
Nguồn nóng
T1
Q1

Tác
nhân

A’

Q’2

Nguồn lạnh T2
Sơ đồ hoạt động của động cơ nhiệt
Người ta định nghĩa hiệu suất của động cơ nhiệt là tỉ số giữa công sinh ra
’

A và nhiệt Q1 mà nó nhận vào

η=

22

A'
Q1

(24)


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Sau mỗi chu trình công mà tác nhân nhận vào là A = − A' và nhiệt mà tác
nhân nhận vào bằng Q = Q1 − Q2' . Theo nguyên lý I nhiệt động lực học trong một
chu trình độ biến thiên nội năng của hệ bằng không

∆U = A + Q = 0 hay − A' + Q1 − Q2' = 0 ⇒ A' = Q1 − Q2'

Khi đó

η=

Q1 − Q2'
Q'
= 1− 2
Q1
Q1

(25)

Hiệu suất của các động cơ nhiệt trong thực tế thường nằm trong khoảng
25% - 45%
Động cơ đốt trong ra đời vào cuối thế kỉ XIX. Năm 1867, động cơ nổ bốn
kì đầu tiên do Ni-co-lai Ốt-tô chế tạo đưa ra thử nghiệm và ba mươi năm sau thì
đến lượt động cơ điêzen. [8]
Nguồn nóng là nhiên liệu cháy trong xilanh vào cuối kì nén.
Nguồn lạnh là vỏ nước bao quanh xilanh và không khí làm nguội khí thải
ra từ xilanh ở kì thoát khí.
Tác nhân là hoà khí (gồn hỗn hợp không khí và hơi nhiên liệu)

Hình 11: Sơ đồ hoạt động của động cơ nổ bốn kì
- Kì thứ nhất: Hút nhiên liệu. Pittông chuyển động xuống dưới. Van hút
mở, van xả đóng, hôn hợp nhiên liệu được hút vào xilanh. Cuối kì này xilanh đã
chứa đầy hỗn hợp và van hút đóng lại.
- Kì thứ hai: Nén nhiên liệu. Pittông chuyển động lên phía trên nén hỗn
hợp nhiên liệu trong xilanh.

23


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

- Kì thứ ba: Đốt nhiên liệu. Khi pittông lên đến tận cùng thì bugi bật tia
lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, kèm theo tiếng nổ và tỏa nhiệt. Các chất
khí mới tạo thành dãn nở, sinh công đẩy pittông xuống dưới. Cuối kì này van xả mở ra.
- Kì thứ bốn: Thoát khí. Pittông chuyển động lên phía trên, dồn hết khí
trong xilanh ra ngoài qua van xả. sau đó các kì của động cơ lại lặp lại.
Trong bốn kì, chỉ có kì thứ ba là kì động cơ sinh công. Các kì khác, động
cơ chuyển động nhờ đà của vô lăng.
Đầu thế kỉ XX, người ta chế tạo thành công các động cơ đốt trong có công
suất và hiệu suất cao hơn rất nhiều các động cơ nổ bốn kì cũng như các động cơ
điêzen. Đó là các tuabin hơi và động cơ phản lực.
Các động cơ nhiệt đều có một nhược điểm chung là xả vào môi trường sống
của chúng ta các khí độc sinh ra từ việc đốt nhiên liệu. Người ta đang tìm cách thay
thế động cơ nhiệt bằng những động cơ không làm hoặc ít làm ô nhiễm môi trường
hơn.
* Máy lạnh: Máy lạnh là một thiết bị dùng để lấy nhiệt từ một vật này truyền
sang vật khác nóng hơn nhờ nhận công từ các vật ngoài.
Khi thực hiện chu trình, tác nhân của máy lạnh đã nhận của ngoại vật một
năng lượng dưới hình thức công và có giá trị là A đồng thời cũng nhận của
nguồn lạnh T2 một năng lượng dưới hình thức nhiệt và có giá trị là Q 2. Các dạng
năng lượng mà tác nhân nhận vào được biến đổi sang dạng nội năng và góp
phần làm tăng nội năng của tác nhân. Để trở lại trạnh thái ban đầu tác nhân lại
truyền phần nội năng này cho ngoại vật (nguồn nóng T 1) dưới hình thức nhiệt và
có giá trị là Q’1.

24


Phân tích chương trình Vật lý phổ thông 1

Nguồn nóng T1
Q’1
Tác
nhân
Q2

A

Nguồn lạnh T2
Sơ đồ hoạt động của máy lạnh
Người ta xác định hiệu năng của máy lạnh bằng tỉ số giữa nhiệt Q 2 lấy ra
từ nguồn lạnh và công tiêu thụ ε =

Q2
A

(26)

Vì Q1' = Q2 + A trong đó Q1’ là nhiệt lượng mà tác nhân tỏa ra cho nguồn
Q

2
nóng nên ta có thể viết ε = Q ' − Q
1
2

(27)

Chú ý: hiệu năng của máy lạnh thường có giá trị lớn hơn 1
Ví dụ:
* Tủ lạnh gia đình [5]
Nguồn lạnh là dàn bay hơi
Nguồn nóng là không khí đối lưu đi qua dàn ngưng
Tác nhân là một số môi chất lỏng dễ hoá hơi (amnôiac hoặc anhydric)

25