CHUONG 5 CAC NGUYEN LY NHIET DONG HOC VAT LY DAI CUONG

Chương V
CÁC NGUYÊN LÝ
NHIỆT ĐỘNG HỌC


I. Nguyên lý thứ nhất NĐH
1.Công và nhiệt:
Công và nhiệt là các đại lượng đặc trưng
cho mức độ trao đổi năng lượng giữa các
hệ.
* Khi các vật vĩ mô tương tác với nhau
chúng trao đổi năng lượng dưới dạng công.
* Khi năng lượng được trao đổi trực tiếp
giữa các phân tử chuyển động hỗn loạn của
các vật tương tác với nhau, chúng trao đổi
năng lượng dưới dạng nhiệt.


2. Phát biểu nguyên lý I:
U  A  Q

Các đại lượng  U , A, Q có thể dương hay âm
Qui ước:
* A  0, Q  0 thì hệ thực sự nhận công và nhiệt
* A  0, Q  0 thì hệ thực sự sinh công và tỏa nhiệt
* Nếu A < 0 thì hệ sinh công A’ = -A
* Nếu Q < 0 thì hệ tỏa nhiệt Q’ = -Q
NL 1 cho quá trình biến đổi VCB: dU  A  Q
Chú ý: Nội năng là hàm trạng thái còn công và
nhiệt là hàm quá trình.

Nếu hệ là một máy làm việc tuần hoàn thì
sau mỗi chu kỳ hệ trở về trạng thái ban
đầu. Do đó độ biến thiên nội năng của hệ
∆U = 0. Theo NL I, ta có A = -Q.
Vậy, không thể chế tạo một máy làm việc
tuần hoàn mà công do nó sinh ra nhiều hơn
nhiệt mà nó nhận được. Đây cũng là một
cách phát biểu nữa của NL I. Nói cách
khác, không thể chề tạo được động cơ vĩnh
cửu loại I.


II. Công và nhiệt trong quá trình cân bằng –
Nhiệt dung
1.ĐN: TTCB của hệ là trạng thái không biến đổi
theo thời gian nếu hệ không tương tác gì với môi
trường .
• Trạng thái CB của khối khí được xác định bằng
hai trong ba thông số p, V, T.
• Một hệ không tương tác với bên ngoài nghĩa là
không trao đổi công và nhiệt bao giờ cũng tự
chuyển tới TTCB.
• QTCB là chuỗi liên tiếp các TTCB


2.Công trong QTCB
Giả sử khối khí được biến đổi
theo một QTCB, trong đó thể
dl

tích biến đổi từ V1 đến V2. Ngoại lực tác dụng lên
piston là F. Khi piston di chuyển một đoạn dl, thì
khối khí nhận được một công :
dA = -Fdl = -p.S.dl = -p.dV
p là áp suất khối khí tác dụng lên piston, S là
diện tích piston


Công mà khối khí nhận được trong quá
trình biến đổi thể tích từ V1 đến V2 là
V2

A   dA    pdV
V1

Trị tuyệt đối của A bằng diện tích giới hạn
bởi đường cong biểu diễn QTCB, trục
hoành và hai đường 1V1 và 2V2. Nếu khối
khí giãn nỡ, thể tích tăng thì A < 0, khối khí
sinh công, nếu khối khí bị nén thể tích giảm
A > 0, khối khí nhận công.


• Nếu quá trình biến đổi theo một đường kín, thì
trị tuyệt đối của A bằng diện tích của đường kín
đó. A > 0 nếu quá trình diễn tiến ngược chiều kim
đồng hồ, A < 0 nếu QT diễn tiến cùng chiều kim
đồng hồ.
p

p
1

2

V1

V2

V

V1

V2 V


3. Nhiệt dung
Nhiệt dung riêng c của một chất là một đại
lượng,có trị số bằng nhiệt lượng cần truyền cho
một đơn vị khối lượng của chất đó để nhiệt độ nó
tăng lên một độ

dQ
c
 dQ  mcdT
mdT
Đối với một chất, ngoài nhiệt dung riêng người ta
còn dùng một đại lượng gọi là nhiệt dung phân tử
C. Đó là một đại lượng có trị số bằng nhiệt lượng
cần truyền cho một mol chất đó để nhiệt độ nó

tăng lên một độ


* Liên hệ giữa nhiệt dung phân tử và ND
riêng:
dQ
m

C

m
n

Vậy

ndT

là số mol

C =µc

 dQ 



CdT


* Nhiệt dung phân tử đẳng tích và NDPT đẳng áp
Áp dụng NLI cho một mol khí:

dQ  dU  dA  CdT  dU  pdV

• Nếu khối khí được nung nóng đẳng tích dV = 0
dU
nên :
Cv 
dT
Mà biểu thức nội năng cho một mol khí:

i
i
U  RT  dU  RdT
2
2
Vậy nhiệt dung phân tử đẳng tích :

Cv

i

R
2


• Nếu khối khí được nung nóng đẳng áp thì
dU
dV
Cp 
p
dT

dT

PTTTKLT cho mol khí :
dV
pV  RT  pdV  RdT  p
R
dT

Vậy nhiêt dung phân tử đẳng áp:

i 2
Cp  Cv  R 
R
2
• Hệ số Poisson hay chỉ số đoạn nhiêt

Cp i 2
 
Cv i


III. Ứng dụng NLI vào các QTCB:
1) QT đẳng tích (V = const)
V2

A    pdV  0
V1
T2

m

m
Q   dQ Cv  dT  Cv (T2 T1 )
 T1

U  A  Q  Q


2. QT Đẳng Áp (p = const)
V2

A    pdV  p(V1  V2 )
V1
T2

m
m
Q   dQ  C p  dT  C p (T2  T1 )
 T1

mi
m
U  A  Q 
R(T2  T1 )  Cv (T2  T1 )
2



3. QT Đẳng Nhiệt ( T = const)

V2

V2

m
A    pdV   RT

V1


V1

dV
V

m
V1 m
p2
 RT ln  RT ln

V2 
p1
U  0
Q  A


4. QT Đoạn Nhiệt ( Q = 0 hay dQ = 0)

m
Q  0  U  A  Cv (T2  T1)


* PT Trạng thái trong QT Đoạn Nhiệt
Ta có:

m
dU  dA 
C v dT

dA   pdV
m
  pdV 
C v dT



m RT
m

dV  CvdT
 V

dT R dV


0
T Cv V
Mà

R Cp  Cv


  1
Cv
Cv

Tích phân phương trình trên ta được:

ln T  (  1) ln V  const
 ln(T .V  1 )  const


Vậy:

TV

 1

 const

Đây là phương trình liên hệ giữa T và V trong
quá trình đoạn nhiệt
PT liên hệ giữa p và V:

pV



 const

PT liên hệ giửa T và p:

Tp

1 


 const


* So sánh độ dốc của đường đẳng nhiệt và đường
đoạn nhiệt.
Đường đẳng nhiệt
dp
p
pV  const  pdV  Vdp  0 

dV
V
Đường đoạn nhiệt
pV   const  p V  1  V  dp  0
dp
p

 
dV
V

p
đường đoạn nhiệt

đường đẳng nhiệt

V

Vậy tang của góc nghiêng đường đoạn nhiệt lớn
hơn tang góc nghiêng của đường đẳng nhiệt γ lần


V. Nguyên lý thứ II Nhiệt động học
1. Các hạn chế của NLI: NLI không cho ta biết
chiều diễn tiến của quá trình thực tế xảy ra
2. Quá trình TN và QTKTN
* Một quá trình biến đổi cuả hệ từ TT 1 sang TT2
được gọi là thuận nghịch, khi nó có thể tiến hành
theo chiều ngược lại và trong QT đó hệ đi qua các
TT trung gian như trong QT thuận.
Theo ĐN này thì QTTN cũng là QTCB.
* QT không TN là QT mà khi tiến hành theo chiều
ngược lại, hệ không đi qua đầy đủ các TT trung
gian như trong QT thuận


3. Nguyên lý thứ II của NĐH
a) Máy nhiệt: là một hệ hoạt động tuần hoàn biến
công thành nhiệt hoặc nhiệt thành công. Trong
máy nhiệt có các chất vận chuyển làm nhiệm vụ
biến nhiệt thành công hoặc ngược lại gọi là các
tác nhân.
• * Động cơ nhiệt: Đó là máy nhiệt biến nhiệt thành
công. Trong một chu trình tác nhân nhận nhiệt
lượng Q1 từ nguồn nóng (nhiệt độ T1­), nhả cho
nguồn lạnh (nhiệt độ T2) nhiêt lượng và sinh

công A’.


Hiêụ suất của ĐCN được ĐN:
A'
Q2'
   1
Q1
Q1
U  A  Q1  Q2  0
 Q1  Q2   A
'
2

 Q1  Q  A '
A'
Q2'
 
 1
Q1
Q1

T1
Q1

ĐCN

A’

Q’2

T2

Trong một chu trình tổng các quá trình có Q > 0
là Q1 , tổng các quá trình có Q < 0 là Q2 (Q2'  Q2 )


* Máy làm lạnh :Đó là máy nhiệt biến công thành nhiệt.
Trong một chu trình tác nhân nhận công A để lấy nhiệt
Q2 từ nguồn lạnh, nhả cho nguồn nóng nhiệt lương
Hiệu suất(hệ số làm lạnh) được ĐN: T
1

Q2
Q2
a  '
A Q1 Q2

U  A  Q1  Q2  0

Q’1

MLL

 A  Q1  Q2  Q1'  Q2
Q2
Q2
a
 '
A Q1  Q2

A

Q2
T2

Trong một chu trình tổng các quá trình có Q>0 là Q2 ,
tổng các quá trình có Q < ) là Q1 ( Q1'  Q1 )


4.Phát biểu NL thứ II
a) Phát biểu của Claodiut: Nhiệt không thể truyền
từ vật lạnh sang vật nóng hơn.
b) Phát biểu của Tômxơn: Không thể chế tạo được
một máy hoạt động tuần hoàn biến đổi liên tục
nhiệt thành công nhờ làm lạnh một vật mà xung
quanh không chịu một sự thay đổi đồng thời nào.
Những máy này gọi là những động cơ vĩnh cửu
loại hai và phát biểu trên có thể nêu như sau:
không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu loại hai


IV. Chu trình Carnot và ĐL Carnot
1.Chu trình Carnot thuận nghịch: là một chu trình
gồm hai quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch và hai
quá trình đoạn nhiệt TN.
a) Chu trình Carnot thuận: là chu trình Carnot
TN theo chiều thuận
CT Carnot thuận là chu trình hoạt động của
ĐCN, nên hiệu suất của CT là:
Q2'

  1
Q1