CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN

Chương IV

CÁC QUÁ TRÌNH
NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN
PGS.TS Trương Vĩnh
ThS. Diệp Thanh Tùng
KS. Đào Ngọc Duy


NỘI DUNG
4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

4.2

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

4.3

QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

4.4

QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

4.5

QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

4.6

QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN


4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1. KHÁI NIỆM
 Khi hệ cân bằng ở một trạng thái
các
thông số có giá trò xác đònh
 Khi môi chất hoặc hệ trao đổi nhiệt và công
với môi trường
ít nhất một thông số thay
đổi
thực hiện quá trình nhiệt động
 Quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi
liên tục của các thông số trạng thái từ trạng
thái cân bằng này sang một trạng thái cân
bằng khác.


4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

2. MỤC ĐÍCH
 Xác đònh sự thay đổi của p, v, T
độ biến

thiên của u, i, s, q, l
 Lựa chọn, vật liệu, cấu trúc và độ lớn của
thiết bò
 Xác đònh mối quan hệ các dạng năng lượng
Cơ sở tính toán dựa vào 2 phương trình của
ĐL 1

q= du + dl = Cv dT + p dv
 q= di + lkt = Cp dT – v dp



4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

3. CÁC BƯỚC NGHIÊN CỨU
 B1: Xác định: - Quá trình gì
- Phương trình biểu diễn
- Các thơng số đã biết
- Các thơng số cần tìm?
Xác đònh các thông số tại mỗi trạng thái
(dựa vào phương trình biểu diễn và các thơng
số đã biết)

 B2:

p1 , v 1

T1

4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

3. CÁC BƯỚC NGHIÊN CỨU
Xác đònh quan hệ giữa các thông số ở
các trạng thái (dựa vào đặc điểm q trình)

 B3:

p1, v1, T1
 B4:

p2, v2, T2

Xác định: - q, lgn, lkt
- u, i, s
-α

𝜟𝒖
=
𝒒



Định luật I

4.1

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

3. CÁC BƯỚC NGHIÊN CỨU
B5:

Biểu diễn trên đồ thị p-v và T-s


4.2

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

Đònh nghóa: Là quá trình thay đổi trạng
thái của chất khí ở điều kiện thể tích
không đổi

v = const
 p1v1= RT1
p2v2= RT2
𝐩𝟏 𝐓𝟏
=
𝐩𝟐 𝐓𝟐
Áp suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ



4.2


QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

Biến thiên nội năng và lượng nhiệt:

q = u = Cv(T2 – T1)
 Công dãn nở: l= 0; l= 0.





(kJ/kg)

Công kỹ thuật:

lkt = - v(p2 – p1) = - R(T2 – T1)

Biến thiên enthalpy: Δi = Cp(T2 – T1)
Biến thiên entropy:Δs =

𝑻𝟐
Cv ln
𝑻𝟏

=

Hệ số biến hóa năng lượng: α =

𝒑𝟐

Cv ln
𝒑𝟏

𝜟𝒖
𝒒

(J/kg)
(kJ/kg)
(kJ/kgK)

=𝟏

Quá trình đẳng tích, nhiệt lượng tham gia chỉ
làm thay đổi nội năng hệ.


4.2

QUÁ TRÌNH ĐẲNG TÍCH

 Đồ thị
T2

T1


4.3

QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

Đònh nghóa: Là quá trình thay đổi trạng
thái của chất khí ở điều kiện áp suất
không đổi
p = const
 p1v1= RT1
p2v2= RT2
𝐯𝟏 𝐓𝟏
=
𝐯𝟐 𝐓𝟐
Thể tích tỷ lệ thuận với nhiệt độ



4.3

QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

 Biến

thiên nội năng:
u = Cv (T2 – T1)
(kJ/kg)
 Nhiệt lượng và biến thiên enthalpy:
q = i = Cp(T2 – T1) = i2 – i1
(kJ/kg)
 Công dãn nở:
l= p(v2 – v1) = R(T2 – T1)
(J/kg)
 Công kỹ thuật : lkt = 0
𝑻𝟐

𝒗𝟐
 Biến thiên entropy:Δs = 𝑪𝒑 𝒍𝒏 = 𝑪𝒑 𝒍𝒏 (kJ/kgK)
𝑻
𝒗
 Hệ

số biến hóa năng lượng:

𝟏

𝒖 𝑪𝒗 (𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 ) 𝑪𝒗 𝟏
=
=
=
=
𝒒
𝑪𝒑 (𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 ) 𝑪𝒑 𝒌

𝟏


4.3

QUÁ TRÌNH ĐẲNG ÁP

 Đồ thị
T2

T1

4.4

QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

Đònh nghóa: Là quá trình thay đổi trạng
thái của chất khí ở điều kiện nhiệt độ
không đổi



T = const
p1v1= RT1
p2v2= RT2
𝐩𝟏 𝐯𝟐
=
𝐩𝟐 𝐯𝟏
Thể tích tỷ lệ nghòch với áp suất


4.4
QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT
 Lượng nhiệt, nội năng và enthalpy:
u = 𝐶𝑣 𝑑𝑇= 0
𝒒=𝒍
(kJ/kg)
i = 𝐶𝑝 𝑑𝑇 = 0
 Công dãn nở :
𝒗𝟐
𝒑𝟏

p1
l = RT ln = RT ln = p1v1 ln
(J/kg)
𝒗𝟏

𝒑𝟐

p2

kỹ thuật : lkt = l
𝒗𝟐
𝒑𝟏
 Biến thiên entropy:Δs = R ln = R ln
(J/kgK)
𝒗𝟏
𝒑𝟐
𝒖
 Hệ số biến hoá năng lượng:  =
=0
 Công

𝒒

“Toàn bộ lượng nhiệt tham gia quá trình
dùng để sinh công”.


4.4

QUÁ TRÌNH ĐẲNG NHIỆT

 Đồ thị


BÀI TẬP




Bài 1: người ta đốt nóng 1 kg không khí trong điều
kiện áp suất không đổi p=2 bar từ nhiệt độ 200C
đến nhiệt độ 1100C. Tính thể tích cuối, lượng
nhiệt, công thay đổi thể tích, lượng biến đổi nội
năng

Giải:
◦
◦
◦
◦

p1V1=GRT1
V1, đẳng áp
V2
Tính Cp
Q = G.Cp(T2 – T1)
L= G.p(v2 – v1)
U = G.Cv (T2 – T1) hoặc Q = U + L

4.5

QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

Đònh nghóa: quá trình thay đổi trạng
thái chất khí trong điều kiện không trao
đổi nhiệt với môi trường
 q = 0 hay q = 0
 q= Cv dT + p dv = 0
q= Cp dT – v dp = 0
 Chia 2 vế với nhau;
Cp

thay k= C
 Giải

v

dv
k
v

+

dp
p

=0

phương trình vi phân: pvk = const

4.5
 Quan
𝐩𝟐
𝐩𝟏

QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

hệ giữa các thông số:

=

𝐯𝟏 𝐤
(𝐯 )
𝟐

𝐓𝟐
𝐓𝟏

=

𝐩𝟐 𝐤−𝟏
𝐯𝟏 𝐤−𝟏
(𝐩 ) 𝐤 = (𝐯 )
𝟏
𝟐

nhiệt: q = 0
 Biến thiên nội năng:

u = Cv dT = Cv (T2 – T1)
 Biến thiên enthalpy:
i = Cp (T2 – T1)
 Lượng

(kJ/kg)
(kJ/kg)


4.5

QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

 Công

dãn nở :
𝐑
l = - u = Cv (T1 – T2) = 𝐤−𝟏 (𝐓𝟏 − 𝐓𝟐 )

=
=

𝟏
(p
v
–
p
v
)
1

1
2
2
𝐤−𝟏
𝐩𝟏 𝐯𝟏
𝐩𝟐 𝐯𝟐
𝟏−
𝐤−𝟏
𝐩𝟏 𝐯𝟏

 Công

=

𝐩𝟏 𝐯𝟏
𝐤−𝟏

𝟏−

𝐩𝟐 𝐤−𝟏
(𝐩 ) 𝐤
𝟏

(kJ/kg)

kỹ thuật :

lkt =Cp (T1 – T2) = k.l

(kJ/kg)

𝒖
 Hệ số biến hoá năng lượng:  =
=

𝒒


4.5

QUÁ TRÌNH ĐOẠN NHIỆT

 Đồ thị

Δs = 0


4.6

QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN

Đònh nghóa: Là quá trình mà nhiệt dung
riêng của môi giới không đổi
 Cn = const
 q = Cv dT + p dv = CndT
q = Cp dT – v dp = CndT


Cp −Cn

=

Cv −Cn

đặt
dp
p

vdp
−
pdv

Cp −Cn
Cv −Cn

dv
+n
v

= n: số mũ đa biến

=0

pvn = const


4.6
Khi:
n=0
n=
n=1

n=k

QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN
n
pv =

const

 p = const (Cn = Cp)
 v = const (Cn = Cv)
 pv = const (Cn = Cp = Cv)
 pvk = const (q = s = 0)

Quá trình đa biến là quá trình tổng quát


Quan hệ giữa các thông số:

𝐩𝟏
𝐯𝟐
=
𝐩𝟐
𝐯𝟏

𝐧

𝐓𝟐
𝐯𝟏
=
𝐓𝟏

𝐯𝟐

𝐧−𝟏

𝐩𝟐 𝐧−𝟏
=( ) 𝐧
𝐩𝟏


4.6


QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN

Lượng nhiệt:

q = Cn(T2 – T1) =




𝒏−𝒌
Cv (T2
𝒏−𝟏

– T1)

(kJ/kg)

Biến thiên enthalpy:

i = Cp (T2 – T1)

(kJ/kg)

Công dãn nở:

𝑹
𝒑𝟏 𝒗𝟏
𝒑𝟐 𝒏−𝟏
𝒍=
𝑻𝟏 − 𝑻𝟐 =
𝟏−( ) 𝒏
𝒏−𝟏
𝒏−𝟏
𝒑𝟏

Công kỹ thuật: lkt = n.l
𝑻𝟐
 Biến thiên entropy: Δs = Cn ln

(kJ/kg)



=

𝑻𝟐
Cv ln
𝑻𝟏

+

𝒗𝟐
Rln𝒗
𝟏

=

𝑻𝟏

𝑻𝟐
Cp ln
𝑻𝟏

–

𝒑𝟐
Rln𝒑
𝟏

(kJ/kgK)


4.6

QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN

𝜟𝒖
𝒏−𝟏

 Hệ số biến hóa năng lượng: α=
=
𝒒
𝒏−𝒌
𝐧−𝐤
 Tính nhiệt dung riêng: Cn = Cv
𝐧−𝟏


Tính đa biến: n =

hoặc theo q, l, k:

l=

R
(T1
n−1

𝐩𝟏
𝐥𝐧𝐩
𝟐
𝐯𝟐
𝐥𝐧𝐯
𝟏

=

− T2 ) q =

𝐧=

𝐪
𝐥

𝐓𝟐
𝐥𝐧𝐓
𝟏
𝐯𝟏
𝐥𝐧𝐯
𝟐

+1

n−k
Cv
(T2
n−1

𝟏−𝐤 +𝐤

− T1 )