hóa lý định luật thứ nhất

Chöông III
ÑÒNH LUAÄT THÖÙ NHAÁT
PGS.TS Trương Vĩnh
ThS. Diệp Thanh Tùng
KS. Đào Ngọc Duy


NỘI DUNG
3.1
3.2
3.3
3.4

Sự truyền năng lượng
Nhiệt
Công
Định luật nhiệt động I


3.1 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 nhiệt thì luôn
tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ
 Khi môi chất trao đổi công với môi
trường thì kèm theo các chuyển động

3.2 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


3.2 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 nếu tính cho G (kg), đơn vị: kJ
hay q nếu tính cho 1 kg đơn vị: kJ/kg
 Qui ước:
q > 0: vật nhận nhiệt
q < 0: vật tỏa nhiệt


3.2.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG – khaùi nieäm
 Khảo sát 1 quá trình vô cùng bé, khi cấp cho

khối chất môi giới 1 năng lượng q làm tăng
𝐪
nhiệt độ môi giới lượng dT thì: C= 𝐝𝐓 gọi là
nhiệt dung riêng.
 q

Nhiệt là 1 hàm của quá trình

 ĐN: nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho 1 đơn
vị vật chất để nhiệt độ của nó tăng lên 1 độ.
 Ký hiệu: C

Đơn vị: kJ/kgC hay kJ/kgK

 NDR phụ thuộc vào bản chất, p, và T


3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân loại
Theo đơn vò đo môi chất:
1[kg] - NDR khối lượng, C=
1[m3]

- NDR thể tích, C’=

1[kmol] - NDR kmol, Cµ=

𝐝𝐪
𝐆𝐝𝐓

𝐝𝐪

𝐕𝐝𝐓

[kJ/kg.độ]

[kJ/m3.độ]

𝐝𝐪
[kJ/kmol.độ]
𝐧𝐝𝐓

Quan hệ: Cμ = μ C = 22,4 C’


3.2.1 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)


3.2.1 NHIỆT DUNG RIÊNG – phân loại
Theo tính chất quá trình:
+ Q trình có thể tích khơng đổi:
 NDR khối lượng đẳng tích, Cv (kJ/kg.độ)
 NDR thể tích đẳng tích, C’v (kJ/m3tc.độ)
 NDR kmol đẳng tích, Cµv (kJ/kmol.độ)


3.1.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG – quan HỆ

Công thức Mayer: Cp- Cv=R

(1)

 (Cp – Cv) = R hay Cp - Cv = R = 8314

𝐂
𝐂𝛍𝐯
𝛍𝐩
′
′
𝐂𝐯 =
= 𝐯𝐭𝐜 . 𝐂𝐯 𝐂𝐩 =
= 𝐯𝐭𝐜 . 𝐂𝐩
𝛍
𝛍
𝐂𝐩
𝐂𝛍𝐩
(2)
=
= 𝐤
𝐂𝐯
𝐂𝛍𝐯
(1)(2)

𝐂𝐯 =

𝐑
𝐤−𝟏

k- số mũ đoạn nhiệt

𝐂𝐩 =

𝐑
𝐤
𝐤−𝟏


3.1.1 NHIEÄT DUNG RIEÂNG – phaân loaïi
BẢNG NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG
Cv
Cp
[kJ/kmol.K] [kJ/kmol.K]

Loại khí

k=Cp/Cv

Khí 1 nguyên tử

1,67

12,6

20,9

Khí 2 nguyên tử

1,40

20,9

29,3

Khí 3 hoặc
nhiều nguyên tử

1, 29

29, 3

37,7

Lưu ý: 1 kcal = 4,187 kJ


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 biết NDR trung bình từ 0 đến t thì NDR
trung bình từ t1 đến t2 được tính như sau:
𝐭𝟐
𝐭𝟏
𝐓𝟐 𝐂| 𝟎 𝐓𝟐 − 𝐂| 𝟎 𝐓𝟏
𝐂 = 𝐂| =
𝐓𝟏
𝐓𝟐 − 𝐓𝟏
 Nếu C|T = a + bt có dạng đường thẳng thì
0

𝐓𝟐
𝐂| = 𝐚 + 𝐛(𝐭 𝟏 + 𝐭 𝟐 )
𝐓𝟏


3.1.1 NHIỆT DUNG RIÊNG
NDR của hỗn hợp
 Nhiệt lượng tiêu tốn để nâng nhiệt độ hỗn hợp
lên 1 độ = tổng nhiệt lượng tiêu tốn để nâng
nhiệt độ các khí thành phần lên 1 độ



G.C = G1.C1 + G2.C2 + . . . . + Gn.Cn

𝐧
𝐢=𝟏 𝐠𝐢. 𝐂𝐢
C’hh = r1.C’1 + r2.C’2 + . . . . + rn.C’n = 𝐧𝐢=𝟏 𝐫𝐢. 𝐂′𝐢
Chh = r1.C1 + r2.C2 + . . . . + rn.Cn= 𝐧𝐢=𝟏 𝐫𝐢. 𝐂𝐢

Chh = g1.C1 + g2.C2 + . . . . + gn.Cn =


3.1.2 TÍNH NHIEÄT LÖÔÏNG
c=

dq
dt

 dq = C.dt  q12 =

2
C. dt
1

Q = G.C.(T2 – T1) = G. C.ΔT
= Vt/c.C’.∆T
= n.Cµ.∆T
G: khối lượng của môi chất, kg.

Vt/c: thể tích môi chất ở điều kiện chuẩn m3
n: số kilômol môi chất


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

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

p

lgn = v p.dv
v2

dv

Diện tích (v112v2 ) = lgn

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: lkt > 0 – dãn nở  môi chất sinh công
lkt < 0 – nén  môi chất nhận công


3.3 PHAN LOAẽI QUA TRèNH NHIET ẹONG
Quỏ trỡnh cõn bng: cỏc trng thỏi trung gian
u l trng thỏi cõn bng ca h.
Quỏ trỡnh thun nghch: l quỏ trỡnh cõn
bng, khi thc hin chiu ngc li t cui

n u, h s i qua tt c cỏc trng thỏi cõn
bng trung gian khi i t u n cui.
Quỏ trỡnh khụng thun nghch: khụng tha
món iu kin trờn, õy l thc t. Trong k
thut, cỏc quỏ trỡnh c thc hin cng gn
vi quỏ trỡnh thun nghch


3.4 ĐỊNH LUẬT 1

3.4.1 Phát biểu:

Năng lượng không mất đi

biến đổi qua lại

Tổng các dạng năng lượng trong 1 hệ kín là
không đổi.

3.4.2 Ý nghóa:
Mối tương quan giữa nhiệt năng và các dạng
năng lượng khác.
 Tính bảo tồn của năng lượng.


3.4 ĐỊNH LUẬT 1

3.4.3 Các dạng biểu thức

 Hệ kín:

Nhiệt lượng
hệ nhận vào

q = du + dl = du + pdv
Lượng biến
đổi nội năng

Cơng do hệ
sinh ra

Đẳng tích: qv = du = Cv.dT
Đẳng áp: qp = du + p.dv
= du + p.dv + v.dp - v.dp
= d(u + pv) - v.dp = d(u + pv) - v.dp
qp = di = Cp.dT

 Hệ hở: q = di – vdp = di + lkt


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, enthanpi chỉ phụ thuộc T?