Bài 60. Nguyên tắc hoạt động của động cơ nhiệt và máy lạnh. Nguyên lí II nhiệt động lực học

Bài 60 - Vật lý 10 - Tổ 3
NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA

ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ MÁY LẠNH
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Sadi Carnot
1796-1832
kỹ sư và nhà vật lý
người Pháp


• Ngày nay trong cuộc sống, chúng ta thường gặp động cơ nhiệt và
máy lạnh.
• Vậy động cơ nhiệt là gì?
• Máy lạnh là gì?
• Nguyên tắc hoạt động của chúng ra sao?

• Qua bài này chúng ta sẽ biết rõ về chúng


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

1. Động cơ nhiệt
• Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt
lượng sang công.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.

a) Nguyên tắc hoạt động của động
cơ nhiệt:
• Một ví dụ đơn giản:
Để nâng một vật nặng M từ vị trí 1 lên
vị trí 2 ta dùng một động cơ nhiệt được
thiết kế và vận hành như sau:
vị trí 2

vị trí 1

M
M
M
M

4. Hiệu suất cực đạ
i.
Đến đây khí đã thực hiện
được một chu trình.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

a) Nguyên tắc hoạt động của động
cơ nhiệt:
• Mỗi động cơ nhiệt bao giờ cũng có 3
bộ phận chính:
* Nguồn nóng

b) Hiệu năng

* Nguồn lạnh
3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

* Tác nhân


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

a) Nguyên tắc hoạt động của động
cơ nhiệt:
Nguồn nóng T1
Tác nhân và
cơ cấu của
động cơ nhiệt

Q1
A

b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

Q2
Nguồn lạnh T2

Tác nhân nhận nhiệt lượng Q1 từ nguồn nóng
biến một phần thành công A và toả phần
nhiệt lượng còn lại Q2 cho nguồn lạnh.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

b) Hiệu suất của động cơ nhiệt:
• Hiệu suất H của động cơ nhiệt được tính
bằng công thức:

A
H=
Q1

b) Hiệu năng

mà A = Q1 - Q2 . Do đó:
3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

A Q1 − Q2
H=
=
Q1
Q1
Hiệu suất của các động cơ nhiệt thực tế nằm trong
khoảng 25% - 45%


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ

i.

2. Máy lạnh
a) Nguyên tắc hoạt động của 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.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

2. Máy lạnh
a) Nguyên tắc hoạt động của máy lạnh:

b) Hiệu suất.
Nguồn nóng T1
2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.

Q1
Tác nhân và
cơ cấu của
máy lạnh

A
Q2
Nguồn lạnh T2

4. Hiệu suất cực đạ
i.

Vật cung cấp nhiệt là nguồn lạnh, vật nhận
nhiệt là nguồn nóng và tác nhân nhận công
từ ngoài.


Sơ đồ cấu tạo của một loại tủ lạnh gia đình: Nguồn nóng
Dàn bay hơi
(Dàn lạnh)

Q2

Buồng bay hơi

Q1
A

Van dãn

Q1

Q2
Nguồn lạnh

Máy bơm
Dàn ngưng
(Dàn nóng)

A

Động cơ điện


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

Nguyên tắc hoạt động của một tủ lạnh
Dàn lạnh

b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

Dàn nóng

Van dãn

b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi

ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

Môi thể hơi
Môi thể lỏng
Máy nén


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

b) Hiệu năng của máy lạnh:
• Hiệu năng của máy lạnh ε (epxilon) được xác định bằng tỷ số giữa Q 2
và A:

Q2
ε=

A
vì Q1 = Q2 + A nên:

Q2
Q2
ε=
=
A Q1 − Q2
Hiệu năng của máy lạnh thường có giá trị lớn hơn 1


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

3. Nguyên lý II nhiệt động
lực học:
• Khi nghiên cứu động cơ nhiệt ta thường
hỏi:Tại sao không thể biến đổi toàn bộ
nhiệt lượng từ nguồn nóng sang công
được, mà phải có thêm nguồn lạnh và tác
nhân?

b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

• Nếu làm được như thế ta sẽ có một loại
“động cơ vĩnh cửu loại hai” (!)
• Thực tế có những quá trình tự diễn ra
một chiều, còn chiều ngược lại thì không
tự xảy ra.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.

3. Nguyên lý II nhiệt động
lực học:
Ví dụ:
– Quá trình truyền nhiệt: nhiệt truyền từ
vật nóng sang vật lạnh hơn, chiều
ngược lại không tự xảy ra.

b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực đạ
i.

– Cơ năng có thể tự động chuyển hoá
toàn bộ sang nội năng: như thả rơi một
hòn đá vào chậu nước, cơ năng tự
động chuyển hoá toàn bộ sang nội
năng của nước và vật; còn chiều
ngược lại cũng không tự xảy ra.


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

3. Nguyên lý II nhiệt động
lực học:
Phát biểu:

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

3. Nguyên lý II nhi
ệt động lực học.
4. Hiệu suất cực

đại.

• Nhiệt không tự nó truyền từ một vật
sang vật khác nóng hơn.
• Không thể thực hiện được động cơ
vĩnh cửu loại hai.
• (hay nói cách khác: động cơ nhiệt
không thể biến đổi toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành ra công.)


1. Động cơ nhiệt.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu suất.

4. Hiệu suất cực đại của máy
nhiệt:
a) Hiệu suất cực đại Hmax của động cơ nhiệt:

2. Máy lạnh.
a) Nguyên tắc hoạt
động.
b) Hiệu năng

H max

T1 − T2
=
T1

(Công thức này diễn tả định lý Các-nô)
3. Nguyên lý II
nhiệt động lực
học.

4. Hiệu suất cực
đại.

b) Hiệu năng cực đại εmax của máy lạnh:

T2
ε=
T1 − T2


CỦNG CỐ BÀI HỌC
Nguồn nóng T1

Nguồn nóng T1

Q1

Q1
A

A
Q2
Nguồn lạnh T2

Q2
Nguồn lạnh T2

NGUYÊN LÍ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
* Nhiệt không tự nó truyền từ một vật sang vật khác nóng hơn.
* Không thể thực hiện được động cơ vĩnh cửu loại hai.




TRÂN TRỌNG
KÍNH CHÀO