Bài giảng nhiệt động ths đỗ văn quân

CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN

I.1. Một số khái niệm
I.2. Các thông số trạng thái của môi chất
I.3. Phương trình trạng thái của chất khí


I.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

I.1.1. Thiết bị nhiệt


I.1.2. Phân loại
I.1.2.1. Động cơ nhiệt

Q1 = L + Q 2
Xy lanh
Piston


I.1.2.2. Máy lạnh, bơm nhiệt
Q1 = L + Q 2

L

Q2
L

Q1 = L + Q2

Q2

Phòng ấm (Td: 30 0C)

Môi trường ( Td: 5 0C)

Kho lạnh (Td: - 30 0C)

Q 2 + L = Q1
I.1.2.3. Nhóm các thiết bị khác


I.1.3. Hệ thống nhiệt động
a. Khái niệm


- Hệ thống kín
- Hệ thống hở
- Hệ thống đoạn nhiệt
- Hệ thống cô lập


I.1.4. Khái niệm về môi chất (chất môi giới)

Để truyền tải, trao đổi, chuyển hoá nhiệt
năng ngoài hệ thống thiết bị nhất thiết phải
có một chất trung gian gọi là chất môi giới
hay môi chất.
I.1.5. Nguồn nhiệt

Nguồn nhiệt là các đối tượng trao đổi nhiệt

trực tiếp với chất môi giới. Nguồn có nhiệt
độ thấp gọi là nguồn lạnh; nguồn có nhiệt
độ cao hơn gọi là nguồn nóng.


I.2. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤT

I.2.1. Định nghĩa thông số trạng thái


I.2.2. Các TSTT của môi chất
a. Nhiệt độ
 Khái niệm
- Đặc trưng cho tính nóng lạnh của vật
- Đặc trưng cho tốc độ chuyển động của các
phân tử


 Thang đo nhiệt độ
 Thang đo nhiệt độ bách phân (Cencius):oC
-Trạng thái nước đá đang tan ở p=760mmHg: 0oC
-Trạng thái nước sôi ở p=760mmHg: 100oC
Chia thang đo ra 100 phần bằng nhau thì tương
ứng với 1/100 = 1oC
 Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (Kelvil):oK
2
mϖ
T=
3k

-273 C

o

0C

o

tC

toC

0oK

273oK

ToK

ToK

o

ToK= toC + 273


 Faranhiet(oF), Rankine(oR)
- Độ lớn 10F bằng độ lớn 10R bằng 5/9 độ
lớn của 10C và bằng 5/9 độ lớn 10K
- Ở trạng thái nước đá đang tan:

t = 00C, T = 2730K, T = 320F = 4620R
5 o
5 o
t C = T K − 273 = ( t F − 32 ) = T R − 273
9
9
o

o


b. Áp suất chất khí
 Khái niệm áp suất

F N 
p= 

S  m 2 
Hệ thống đơn vị đo
Hệ thống Pascal(Pa)
1Pa=1N/m2; 1kPa=103Pa; 1MPa=106Pa


Hệ thống bar
1Bar=105Pa
 Hệ thống atmosphere (at)
1at=0,981Bar
1kG/cm2=1(at)
 Hệ thống mmH2O, mmHg(Tor)

 Quan hệ giữa các hệ thống đơn vị đo
1
1
1
N
1  2  = 1Pa = 10−5 Bar =
.10 −5 (at) =
mmH 2O =
mmHg
0,981
9,81
133,32
m 


Cách đo áp suất
- Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p lớn
hơn áp suất khí quyển:
pd
p
pkq
Nếu p>pkq thì p=pd + pkq


- Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p nhỏ
hơn áp suất khí quyển:
pck
pkq
p

Nếu p

- Manomet: đo áp suất thừa (dư): pd
- Baromet: đo áp suất khí quyển: pkq
- Chân không kế đo áp suất chân không: pck
c. Thể tích riêng
V 3
v = (m /kg)
G
1
3
ρ = (kg/m )
v


d. Nội năng của chất khí
-Khái niệm:
Nội năng = nội động năng + nội thế năng
Với 1(kg) môi chất-Kí hiệu là u(J/kg)
Với G(kg) môi chất-Kí hiệu là U=G.u(J)
Như vậy: u=ut+uv
ut- Nội động năng; uv-Nội thế năng


-Xác định biến thiên nội năng: ∆u=u2-u1
Khí lý tưởng với mọi quá trình: du=Cvdt
Cv- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tích
Với khí lý tưởng Cv=const nên ∆u=Cv∆T

e. Entanpi-Nhiệt hàm
-Khái niệm: i=u+pv (J/kg) hoặc h=u+pv
I=G.i= U+pV (J)


- Xác định biến thiên entanpi: ∆i=i2-i1
Khí lý tưởng với mọi quá trình: di=Cpdt
Cp- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp
Với khí lý tưởng Cp=const nên ∆i=Cp∆T
f. Entropi

dq
ds =
T

dq - Nhiệt lượng của quá trình;(J/kg)
T - Nhiệt độ của chất khí (0K)


I.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI

I.3.1. Khái niệm
Một trạng thái của môi chất được xác định
bởi các thông số trạng thái. Vậy phương
trình trạng thái là biểu thức toán học mô tả
mối quan hệ giữa các thông số trạng thái ở
một trạng thái xác định. Dưới đây chúng ta
xét phương trình trạng thái chỉ đối với trạng
thái cân bằng.

I.3.2. PTTT của khí lý tưởng

• Khái niệm khí lý tưởng
Tất cả các chất khí đều là khí thực chỉ riêng
một số chất khí có các tính chất: Thể tích và
khối lượng bản thân phân tử nhỏ, khoảng
cách giữa các phân tử lớn nên lực tương tác
giữa chúng là nhỏ người ta có thể bỏ qua và
coi chúng là khí lý tưởng.
a.Viết cho 1 kg môi chất: pv = RT


b. Viết cho G (kg) môi chất: Gpv=GRT
Gv=V[m3]-Thể tích toàn bộ môi chất.
c. Viết cho 1Kilomol (Kmol) môi chất:
 Khái niệm Kmol: 1Kmol=µ(kg)
µpv = µRT
p.Vµ = RµT


 Định luật Avogadro:
to=0oC, po=760mmHg,Vµ=22,4[m3/Kmol];
Thay vào PTTT ta xác định được:
Rµ = 8314[J/Kmol0K];
Rµ

8314 J
R=
=

[
]
kg.K
µ
µ