Chuong 3 nguyen ly thu hai nhiet dong luc hoc

Ch ng 3
NGUYểNăLụăTH ăHAIă
NHI Tă
NGăL CăH C
1

Nguy n Xuân Th u -BMVL
HĨăN Iă
2016


CH

NGă3.ăNGUYểNăLụăTH ăHAIăNHI Tă

NGăL CăH C

N IăDUNGăCHệNH
 Nh ng h n ch c a nguyên lý th Nh t nhi t đ ng l c h c
 Quá trình thu n ngh ch và quá trình không thu n ngh ch
 Nguyên lý th Hai c a nhi t đ ng l c h c
2

 Chu trình Carnot và đ nh lý Carnot
 Bi u th c đ nh l

ng c a nguyên lý Hai


1. NH NGăH NăCH ăC AăNGUYểNăLụăTH ăNH TăC AăNHI Tă
NGăL CăH C

• Nguyên lý th nh t không cho ta bi t chi u di n bi n c a quá trình
th c t x y ra.
ó là: Nhi t ch truy n t v t nóng sang v t l nh

3

• Nguyên lý th nh t không đ c p đ n s khác nhau trong quá trình
chuy n hóa công và nhi t
ó là: Công có th bi n hoàn toàn thành nhi t nh ng ng c l i nhi t ch
có th bi n m t ph n mà không th bi n hoàn toàn thành công đ c.
• Nguyên lý th nh t không đ c p t i v n đ ch t l ng c a nhi t
ó là: Nhi t l ng l y môi tr ng có nhi t đ cao có ch t l ng cao
h n nhi t l ng đó l y môi tr ng có nhi t đ th p h n.


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.1.ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă

 Quá trình thu n ngh ch là quá trình bi n đ i c a h t tr ng thái A sang
tr ng thái B và ng c l i t tr ng thái B sang tr ng thái A qua t t c các
tr ng thái trung gian mà quá trình thu n đã đi qua.

4


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.1.ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă

 Quá trình thu n ngh ch là quá trình cân b ng
 Trên gi n đ tr ng thái, đ th c a quá trình thu n và đ th c a quá
trình ngh ch s trùng nhau.
 Công và nhi t h nh n đ c trong quá trình ngh ch b ng công và nhi t
h c p cho bên ngoài trong quá trình thu n.
5



i v i quá trình thu n ngh ch, sau khi ti n hành quá trình thu n và
quá trình ngh ch đ đ a h tr v tr ng thái ban đ u thì môi tr ng
xung quanh không x y ra m t bi n đ i nào


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.2.ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CHă

6

 Quá trình không thu n ngh ch là quá trình khi ti n hành theo chi u
ngh ch, h không qua đ y đ các tr ng thái trung gian nh trong quá
trình thu n.
 Công và nhi t h nh n đ c t bên ngoài trong quá trình ngh ch
không b ng công và nhi t h c p cho bên ngoài trong quá trình thu n.


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH

2.2.ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CHă



7

i v i quá trình không thu n ngh ch, sau khi h th c hi n quá trình
thu n và ngh ch đ a h tr v tr ng thái ban đ u thì môi tr ng xung
quanh b bi n đ i.


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.3.ăVệăD ăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CH

Con l c dao đ ng không ma sát và
nhi t đ b ng nhi t đ môi tr ng

8

Quá trình nén và giãn khí đo n nhi t
vô cùng ch m


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.3.ăVệăD ăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU NăNGH CH

- Các quá trình x y ra có ma sát đ u là quá trình không thu n ngh ch.
- Quá trình truy n nhi t t v t nóng sang v t l nh c ng là m t quá trình

không thu n ngh ch.
9

- Quá trình giãn khí trong chân không.


2. QUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHăVĨăQUÁăTRỊNHăKHỌNGăTHU Nă
NGH CH
2.4.ăụăNGH AăC AăVI CăNGHIểNăC UăCÁCăQUÁăTRỊNHăTHU NăNGH CHă
VĨăKHỌNGăTHU NăNGH CH

10

 Chi u di n bi n t nhiên nh th nào?
Chi u bi n đ i c a các quá trình t nhiên là ti n t i tr ng thái cân
b ng. Khi h đã tr ng thái cân b ng thì không th t phát x y ra
quá trình đ a h t i tr ng thái không cân b ng.
 Các quá trình thu n ngh ch r t quan tr ng trong k thu t ch t o máy
đ nó ho t đ ng theo các quá trình càng g n v i quá trình thu n
ngh ch s có hi u su t càng cao.


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

11

 Thi t b ho t đ ng tu n hoàn có ch c n ng bi n nhi t thành công ho c
ng c l i g i là máy nhi t.
 C u t o c a máy nhi t g m 2 b ph n chính:
Tác nhân: Ch t v n chuy n làm nhi m v bi n đ i nhi t thành công
và ng c l i.
Ngu n nhi t: Vi c trao đ i nhi t x y ra v i các v t có nhi t đ khác
nhau g i là các ngu n nhi t (ngu n nóng TH và ngu n l nh TL)
 Có hai lo i máy nhi t là đ ng c nhi t và máy l nh.


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

12

ng c nhi t

Máy l nh


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

a)ă

ngăc ănhi tăvƠăcáchăphátăbi uănguyênălỦăIIăc aăThomson

ng c nhi t là lo i máy nhi t
bi n nhi t thành công nh máy h i
n c, đ ng c đ t trong.
 QH là nhi t l ng tác nhân nh n
c a ngu n nóng (QH > 0).
 QL là nhi t l ng tác nhân nh n
c a ngu n l nh (QL < 0).
 A’ là công mà tác nhân sinh ra:
A’ = QH - |QL|


13

ng c nhi t


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

a)ă

ngăc ănhi tăvƠăcáchăphátăbi uănguyênălỦăIIăc aăThomson

 Hi u su t c a đ ng c :

QL
A Q H  QL


 1
QH
QH
QH
14

 Phát bi u c a Thomson:
Không th ch t o đ c m t máy ho t đ ng tu n hoàn bi n đ i liên t c
nhi t thành công mà không đ l i d u v t gì môi tr ng xung quanh.
Không th ch t o đ c đ ng c v nh c u lo i 2


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

a)ăMáyăl nhăvƠăcáchăphátăbi uănguyênălỦăIIăc aăClausius

15

 Máy l nh là lo i máy nhi t tiêu th
công đ rút nhi t bên trong nó nh m đ t
đ c ho c gi đ c nhi t đ th p h n
bên trong.

 QL là nhi t l ng tác nhân l y đi t
ngu n l nh (QL > 0).
 QH là nhi t l ng tác nhân nh n c a
ngu n nóng (QH < 0).
 A = |QH| - QL

Máy l nh


3.ăNGUYểNăLụă2ăC AăNHI Tă

NGăL CăH C

3.1.ăMÁYăNHI T

a)ăMáyăl nhăvƠăcáchăphátăbi uănguyênălỦăIIăc aăClausius
 H s làm l nh:
QL

A

16

 H s làm l nh có th l n h n 1
 Phát bi u c a Clausius:
Không th có quá trình mà k t qu cu i cùng duy nh t là truy n nhi t t
nhi t đ th p h n sang nhi t đ cao h n.


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă

NHăLụăCARNOT

Nh năxét:

17

 Hi u su t c a đ ng c nhi t luôn luôn nh h n 1.
 H s làm l nh c a máy l nh không th vô h n.
 Ma sát và hi u ng truy n nhi t do chênh l ch nhi t đ làm gi m hi u
su t.
 Máy nhi t ho t đ ng theo các quá trình thu n ngh ch s có hi u qu
nh t do không gây bi n đ i môi tr ng xung quanh.


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă

NHăLụăCARNOT

4.1.ăChuătrìnhăCarnotăthu n:

18

 Giãn n đ ng nhi t (1-2) TH:
H nh n nhi t QH t ngu n nóng.
 Giãn n đo n nhi t (2-3), gi m
nhi t đ t TH đ n TL.
 Nén đ ng nhi t (3-4) TL: H
t a nhi t QL cho ngu n l nh.
 Nén đo n nhi t (4-1) đ khép kín

chu trình, h t ng nhi t đ t TL
đ n TH.

Chu trình đ ng c Carnot
đ i v i khí lý t ng


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă

NHăLụăCARNOT

4.1.ăChuătrìnhăCarnotăthu n:
Hi u su t c a chu trình Carnot:
Xét đ ng c ho t đ ng theo chu trình Carnot (thu n) v i nhi t đ ngu n
nóng TH và nhi t đ ngu n l nh TL .
 Hi u su t c a đ ng c :

19

QL
A Q H  QL


 1
QH
QH
QH

V2
RTH ln

 Nhi t nh n t ngu n nóng: Q H   A 12 
V1
V3
m
 Nhi t t a ra ngu n l nh:
QL   Q L  A 34  RTL ln
V4
m


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă

NHăLụăCARNOT

4.1.ăChuătrìnhăCarnotăthu n:
Hi u su t c a đ ng c
QL
  1
QH

20

theo chu trình thu n:

 V3 
 V3 
nRTL ln  
TL ln  
V4 
V4 



 1
 1
 V2 
V 
nRTH ln  
TH ln  2 
 V1 
 V1 

M t khác trong 2 quá trình đo n nhi t ta có:
TH V21  TL V31 &TH V11  TLV41
 V2 
 
 V1 

1

 V3 
 
 V4 

1



V2 V3

V1 V4

  1

TL
TH

 Hi u su t c a
chu trình Carnot
ch ph thu c vào
nhi t đ ngu n
nhi t.


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă
4.2.ăChuătrìnhăCarnotăng

NHăLụăCARNOT

c:

H s làm l nh c a chu trình Carnot ng

c b ng:  

QL
A

Theo nguyên lý 1 công trong 1 chu trình b ng nhi t t a ra: A  QH  Q L


21

QL
QH  Q L

M t khác trong 2 quá trình đ ng nhi t và 2 quá trình đo n nhi t cho ta các
h th c:
 H s làm l nh c a chu
V4
V1
m
m
Q L  QL  RTL ln
& QH  Q H  RTH ln
trình Carnot ng c


V3
V2
c ng ch ph thu c vào
QL
TL
V4 V1
nhi t đ c a ngu n



A TH  TL
V3 V2
nhi t

4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă
4.3.ă

NHăLụăCARNOT

nhălỦăCarnot

Hi u su t c a t t c các đ ng c thu n ngh ch ch y theo chu trình
Carnot v i cùng ngu n nóng và ngu n l nh đ u b ng nhau và không
ph thu c vào tác nhân c ng nh cách ch t o máy.

22

Hi u su t c a đ ng c không thu n ngh ch nh h n hi u su t c a
đ ng c thu n ngh ch.


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă
4.3.ă

nhălỦăCarnot

CH NG MINH  I   II
Q H - Là nhi t mà 2 đ ng c l y
I

ngu n nóng

QL - Là nhi t mà đ ng c 1 t a ra ngu n l nh

II

QL - Là nhi t mà đ ng c 2 t a ra ngu n l nh

 Hi u su t c a 2 đ ng c l n l
23

NHăLụăCARNOT

QL
I  1 
QH
I

QL
 II  1 
QH
II

t là:
ng c ghỨp

 Hi u su t c a 2 đ ng c khác nhau khi I QL và
khác nhau

II

QL

4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă
4.3.ă

NHăLụăCARNOT

nhălỦăCarnot

CH NG MINH  I   II
Gi s I QL > II QL   I   II

24

ng c ghép: bao g m đ ng c I ch y theo
chu trình thu n ghép v i đ ng c II ch y theo
chu trình ng c. 
ng c ghép sinh công sau
1 chu trình:
I
II
II
I









Q
Q
Q
Q
Q
 H L   L H  L QL  0

i u này vi ph m nguyên lý 2 vì nó không trao đ i nhi t
v i ngu n nóng mà v n sinh công   I   II

ng c ghỨp


4.ăCHUăTRỊNHăCARNOTăVĨă
4.3.ă

NHăLụăCARNOT

nhălỦăCarnot

CH NG MINH ktn  tn
A Q H  QL
tn 

QH
QH

ktn
25

A Q H  QL  Wkh¸c  Wma s¸t


 tn
QH
QH

i v i chu trình Carnot:
TL
  1
TH

ktn  1 

TL
TH

TL
  1
TH