Kỹ thuật nhiệt lạnh tài liệu giảng dạy

KỸ THUẬT NHI T L NH

ThS. PHAN UYÊN NGUYÊN

AN GIANG, 03-2017


Tài liệu giảng dạy “Kỹ thuật nhiệt lạnh”, do tác giả Phan Uyên Nguyên, công
tác tại Khoa Nông Nghiệp và Tài Nguyên Thiên Nhiên thực hiện. Tác giả đã báo cáo
nội dung và được Hội đồng Khoa học và Đào tạo Khoa thông qua ngày ………...

Tác giả biên soạn

ThS. Phan Un Ngun

Trưởng Đơn vị

Trưởng Bộ mơn

TS. Hồ Thanh Bình

ThS. Trần Xuân Hiển
Hiệu trưởng

PGS.TS Võ Văn Thắng

AN GIANG, 03-2017


GIỚI THIỆU

Tài liệu giảng dạy môn “Kỹ thuật nhiệt lạnh” được biên soạn nhằm phục vụ
cho sinh viên chuyên ngành Cơng nghệ Thực phẩm. Tuy nhiên, nó cũng là tài liệu
tham khảo bổ ích cho các sinh viên chuyên ngành khác.
Tài liệu đã được biên soạn từ căn bản đến nâng cao tùy từng đối tượng sinh
viên cũng như nhu cầu học tập của các em. Tài liệu được thiết kế với các nội dung
thiết yếu như: các định luật nhiệt động, môi chất và chất tải lạnh, các phương pháp
làm lạnh cơ bản, cách phân tích thiết bị sử dụng trong hệ thống lạnh, đặc biệt là cách
tính tốn các thông số quan trọng trong hệ thống lạnh. Tài liệu được trang bị đầy đủ
kiến thức nhằm giúp cho sinh viên tiếp cận với thực tế sản xuất của nhà máy, nắm rõ
các quy trình vận hành hay có thể sửa chữa các hỏng hóc nhỏ của máy, xa hơn là tư
vấn thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy.
Với các đối tượng khác (khơng phải chun ngành) thì đây là tài liệu tham
khảo bổ ích. Nó giúp cho người đọc hiểu rõ hệ thống lạnh vận hành như thế nào, lắp
đặt sao cho hiệu quả, làm sao để kéo dài tuổi thọ của thiết bị? Từ đó, giúp cho người
sử dụng có thể lựa chọn và đầu tư hệ thống phù hợp với yêu cầu và mục đích sử
dụng.
Tài liệu chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được
ý kiến đóng góp của bạn đọc để ngày càng hoàn thiện hơn.

Tác giả biên soạn
Phan Uyên Nguyên

i


LỜI CẢM TẠ
Xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu trường Đại học An Giang, lãnh đạo
khoa Nông nghiệp & Tài nguyên Thiên nhiên, ban lãnh đạo bộ môn Công nghệ Thực
phẩm, cùng nhiều tác giả đã xuất bản tài liệu cho tơi tham khảo. Nhờ sự giúp đỡ tận
tình của lãnh đạo, quý đồng nghiệp và nguồn tài liệu tham khảo q báu mà tơi có

thể biên soạn được tài liệu giảng dạy này. Do khả năng còn hạn chế, chắc chắn tài
liệu cịn nhiều thiếu sót, mong nhận được ý kiến đóng góp của quý đồng nghiệp và
bạn đọc cho tài liệu được hoàn thiện tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Long Xuyên, ngày 22 tháng 03 năm 2017
Ngƣời thực hiện
Phan Uyên Nguyên

ii


LỜI CAM KẾT
Tôi xin cam đoan đây là tài liệu giảng dạy của riêng tôi. Nội dung tài liệu
giảng dạy có xuất xứ rõ ràng.
Long Xuyên, ngày 20 tháng 03 năm 2017
Ngƣời biên soạn
Phan Uyên Nguyên

iii


MỤC LỤC
Trang
Chƣơng 1 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC ...................................................................... 1
1.1 Các Khái Niệm Về Nhiệt Động Học .................................................................... 1
1.1.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật ............. 1
1.1.2 Hệ nhiệt động ................................................................................................. 1
1.1.2.1 Hệ thống thiết bị nhiệt ........................................................................ 1
1.1.2.2 Định nghĩa và phân loại hệ nhiệt động .............................................. 1
1.1.3 Thông số trạng thái của một hệ nhiệt động .................................................... 2

1.1.3.1 Trạng thái và thông số trạng thái ...................................................... 2
1.1.3.2 Tính chất của thơng số trạng thái ...................................................... 6
1.1.4 Quá trình và chu trình nhiệt động ................................................................... 6
1.1.4.1 Quá trình ............................................................................................ 6
1.1.4.2 Chu trình ............................................................................................ 7
1.1.5 Nhiệt và công .................................................................................................. 7
1.1.5.1 Nhiệt lượng......................................................................................... 7
1.1.5.2 Công ................................................................................................... 7
1.2 Phát Biểu Định Luật Nhiệt Động I ....................................................................... 10
1.3 Định Luật Nhiệt Động II ...................................................................................... 11
1.4 Định Luật Nhiệt Động III ..................................................................................... 13
1.5 Các Loại Chu Trình Nhiệt Động Và Hiệu Quả Của Nó....................................... 15
1.5.1 Khái niệm chung........................................................................................... 15
1.5.2 Chu trình thuận nghịch và khơng thuận nghịch............................................ 16
1.5.3 Chu trình thuận chiều ................................................................................... 16
1.5.4 Chu trình ngược chiều .................................................................................. 17
1.6 Chu Trình Carnot Thuận Nghịch ......................................................................... 17
1.6.1 Chu trình Carnot thuận nghịch thuận chiều .................................................. 17
1.6.2 Chu trình Carnot thuận nghịch ngược chiều................................................. 18
Chƣơng 2 MÔI CHẤT LẠNH, CHẤT TẢI LẠNH VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
LÀM LẠNH .............................................................................................................. 20
2.1 Những Yêu Cầu Đối Với Môi Chất Lạnh ........................................................ 20
2.1.1 Yêu cầu về nhiệt động .................................................................................. 20
2.1.2 Yêu cầu về hoá lý ......................................................................................... 20
2.1.3 Yêu cầu về sinh lý ....................................................................................... 21

iv


2.1.4 Yêu cầu về kinh tế ....................................................................................... 21

2.2 Tác Nhân Lạnh Ở Dạng Lỏng ........................................................................... 21
2.2.1 NH3 ............................................................................................................... 21
2.2.2 Freon ............................................................................................................. 22
2.2.2.1 Các tính chất của R12 (CF2Cl2 Diclodiflometan) ............................. 24
2.2.2.2 Các tính chất của R22 (CHF2Cl Monoclodiflometan) ..................... 25
2.2.2.3 Các tính chất của R134a (CH2F-CF3 Tetrafloetan) ........................... 26
2.3 Chất Tải Lạnh .................................................................................................... 28
2.3.1 Khơng khí trong điều hịa ............................................................................. 29
2.3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ ................................................................... 29
2.3.1.2 Ảnh hưởng của độ ẩm tương đối...................................................... 33
2.3.1.3 Ảnh hưởng của tốc độ khơng khí ..................................................... 34
2.3.1.4 Ảnh hưởng của khí CO2 và tính tốn lượng gió tươi cung cấp ....... 35
2.3.2 Chất tải lạnh dạng lỏng ................................................................................. 36
2.3.2.1 Môi Chất Tải Lạnh Là Nước Muối NaCl-H2O ................................ 37
2.3.2.2 Môi Chất Tải Lạnh Là Hỗn Hợp Nước-Etylenglycol (C2H2(OH)2) . 38
2.4 Quan Hệ Giữa Môi Chất Và Dầu Máy Lạnh .................................................. 40
2.4.1 Độ nhớt và độ hồ tan của dầu trong các mơi chất lạnh............................... 40
2.4.2 Môi chất lạnh và các loại dầu thường dùng ................................................. 41
2.4.3 Tiêu chuẩn quốc tế về dầu máy lạnh ............................................................ 42
2.5 Các Phƣơng Pháp Làm Lạnh............................................................................ 44
2.5.1 Phương pháp bay hơi khuyếch tán ............................................................... 44
2.5.2 Phương pháp biến đổi pha vật chất .............................................................. 44
2.5.2.1 Ðồ thị pha ........................................................................................ 45
2.5.2.2 Điểm ba ............................................................................................ 46
2.5.3 Phương pháp dãn nở khí sinh cơng .............................................................. 48
2.5.4 Phương pháp tiết lưu khơng sinh cơng ......................................................... 50
2.5.5 Phương pháp dùng hiệu ứng xốy ................................................................ 52
2.5.6 Phương pháp dùng hiệu ứng Piltier .............................................................. 52
Chƣơng 3 CÁC THIẾT BỊ CƠ BẢN CỦA MÁY LẠNH NÉN HƠI ................... 57
3.1 Máy Nén Khí ....................................................................................................... 57

3.1.1 Máy nén piston một cấp ............................................................................... 62
3.1.2 Quá trình nén lý thuyết ................................................................................ 62
3.1.3 Quá trình nén thực ........................................................................................ 64
3.1.4 Hệ số cấp và tổn thất thể tích của máy nén ................................................ 65

v


3.1.5 Tổn thất năng lượng và công suất động cơ máy nén .................................... 67
3.2 Thiết Bị Ngƣng Tụ ............................................................................................. 69
3.2.1 Phân loại thiết bị ngưng tụ ........................................................................... 69
3.2.2 Bình ngưng giải nhiệt bằng nước ................................................................. 70
3.2.2.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang ................................................... 70
3.2.2.2 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng ....................................................... 74
3.2.2.3 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống ................................................ 76
3.2.2.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản ........................................................ 77
3.2.2.5 Thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước và khơng khí ...................... 78
3.2.2.6 Dàn ngưng giải nhiệt bằng khơng khí .............................................. 82
3.3 Thiết Bị Bay Hơi ................................................................................................. 85
3.3.1 Phân loại thiết bị bay hơi ............................................................................. 85
3.3.2 Thiết bị bay hơi làm lạnh chất lỏng ............................................................. 86
3.3.2.1 Bình bay hơi làm lạnh chất lỏng ..................................................... 86
3.3.2.2 Dàn lạnh panen ................................................................................ 89
3.3.2.3 Dàn lạnh xương cá ........................................................................... 89
3.3.2.4 Dàn lạnh tấm bản ............................................................................ 90
3.3.3 Thiết bị bay hơi làm lạnh không khí ............................................................. 91
3.3.3.1 Dàn lạnh đối lưu tự nhiên ................................................................ 91
3.3.3.2 Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức ............................................................ 92
3.4 Thiết Bị Trung Gian ........................................................................................... 93
3.4.1 Bình trung gian đặt đứng có ống xoắn ruột gà ............................................ 94

3.4.2 Bình trung gian kiểu nằm ngang ................................................................. 95
3.4.3 Thiết bị trung gian kiểu tấm bản ................................................................... 95
3.4.4 Tính tốn bình trung gian ............................................................................. 96
3.5 Bình Tách Dầu .................................................................................................... 98
3.5.1 Bình tách dầu kiểu nón chắn ...................................................................... 101
3.5.2 Bình tách dầu có van phao thu hồi dầu ....................................................... 101
3.6 Bình Tách Lỏng ................................................................................................ 102
3.6.1 Bình tách lỏng kiểu nón chắn ..................................................................... 104
3.6.2 Bình tách lỏng hồi nhiệt ............................................................................. 105
3.6.3 Bình tách lỏng kiểu khác ............................................................................ 106
3.6.4 Bình giữ mức - tách lỏng ............................................................................ 106
3.6.5 Bình thu hồi dầu ........................................................................................ 108
3.6.6 Bình tách khí khơng ngưng ....................................................................... 109

vi


3.6.7 Bình chứa cao áp và hạ áp ......................................................................... 111
3.6.7.1 Bình chứa cao áp .......................................................................... 111
3.6.7.2 Bình chứa hạ áp ............................................................................ 112
3.6.8 Tháp giải nhiệt ........................................................................................... 113
3.6.9 Van tiết lưu tự động ................................................................................... 114
3.6.10 Búp phân phối lỏng
3.6.11 Bộ lọc ẩm và lọc cơ khí ........................................................................... 117
Chƣơng 4 HỆ THỐNG LẠNH VÀ TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH HỆ
THỐNG LẠNH ...................................................................................................... 118
4.1 Chu Trình Máy Lạnh Nén Hơi Một Cấp ....................................................... 118
4.1.1 Chu trình khơ .............................................................................................. 118
4.1.2 Chu trình q lạnh, quá nhiệt ..................................................................... 121
4.1.2.1 Quá lạnh......................................................................................... 121

4.1.2.2 Quá nhiệt ........................................................................................ 121
4.1.2.3 Quá lạnh quá nhiệt......................................................................... 122
4.1.3 Chu trình máy lạnh có hồi nhiệt ................................................................. 123
4.2 Chu Trình Máy Lạnh Nén Hơi 2 Cấp ............................................................ 124
4.2.1 Chu trình 2 cấp, 1 tiết lưu, làm mát trung gian khơng hồn tồn ............... 125
4.2.2 Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian khơng hồn tồn ............... 126
4.2.3 Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian hoàn toàn .......................... 128
4.2.4 Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn ............................ 130
4.3 Máy Lạnh Ghép Tầng...................................................................................... 130
Bài tập chƣơng 4..................................................................................................... 136
TÀI LIÊU THAM KHẢO ..................................................................................... 140

vii


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Thơng số khí hậu tiện nghi ứng với trạng thái lao động ........................... 31
Bảng 2.2: Tốc độ tính tốn của khơng khí trong phịng ............................................ 35
Bảng 2.3: Tốc độ khơng khí trong nhà qui định theo TCVN 5687:1992 .................. 35
Bảng 2.4: Ảnh hưởng của nồng độ CO2 trong khơng khí ......................................... 35
Bảng 2.5: Lượng CO2 do một người phát thải và lượng khí tươi cần cấp
trong một giờ (m3/h.người) ............................................................................... 36
Bảng 2.6: Lượng khí tươi cần cung cấp khi có hút thuốc.......................................... 36
Bảng 2.7: Tính chất vật lý của glycol và glycerin ..................................................... 39
Bảng 2.8: Các loại dầu máy lạnh ............................................................................... 41
Bảng 3: So sánh các loại máy nén và phạm vi sử dụng trong kỹ thuật lạnh ............ 61

viii

DANH SÁCH HÌNH

Trang
Hình 1.1: Quan hệ giữa các áp suất ...................................................................... 4
Hình 1.2: Cơng thay đổi thể tích .......................................................................... 8
Hình 1.3: Đồ thị xác định cơng thay đổi thể tích ................................................. 9
Hình 1.4: Đồ thị xác định cơng kỹ thuật .............................................................. 9
Hình 1.5: Động cơ nhiệt sinh cơng ...................................................................... 11
Hình 1.6: Bơm nhiệt ............................................................................................. 12
Hình 1.7: Trạng thái của mơi chất ứng với áp suất và nhiệt độ ........................... 14
Hình 1.8: Đồ thị p-v chu trình Carnot thuận nghịch thuận chiều ......................... 15
Hình 1.9: Đồ thị p-v chu trình Carnot thuận nghịch ngược chiều........................ 15
Hình 1.10: Đồ thị p-v và T-s của chu trình Carnot thuận chiều ........................... 18
Hình 1.11: Đồ thị p-v và T-s của chu trình Carnot ngược chiều .......................... 19
Hình 2.1: Đồ thị lgp-i của NH3 ............................................................................ 22
Hình 2.2: Đồ thị lgp-i của R12 .............................................................................. 25
Hình 2.3: Đồ thị lgp-i của R22 .............................................................................. 26
Hình 2.4: Đồ thị lgp-i của R134a ......................................................................... 28
Hình 2.5: Quan hệ giữa nhiệt hiện qh và nhiệt ẩn qâ theo nhiệt độ phòng ............ 30
Hình 2.6: Đồ thị vùng tiện nghi theo tiêu chuẩn ASHRAE (Mỹ) ........................ 32
Hình 2.7: Đồ thị vùng tiện nghi theo nhiệt độ tk và tư .......................................... 33
Hình 2.8: Giới hạn miền mồ hơi trên da............................................................... 33
Hình 2.9: Giới hạn vùng làm việc ........................................................................ 34
Hình 2.10: Nhiệt độ đóng băng của nước muối NaCl theo nồng độ .................... 37
Hình 2.11: Nhiệt độ đóng băng của một số dung dịch các chất hữu cơ với
nước theo nồng độ ....................................................................................... 38
Hình 2.12: Đồ thị h – d của khơng khí ẩm ........................................................... 44
Hình 2.13: Đồ thị áp suất (p) và nhiệt độ (T) ....................................................... 45
Hình 2.14: Trạng thái của mơi chất ứng với áp suất và nhiệt độ ......................... 46

Hình 2.15: Máy lạnh nén khí ............................................................................... 49
Hình 2.16: Giản đồ T-s của chu trình lạnh ........................................................... 49
Hình 2.17: Tiết lưu khơng sinh cơng của dịng mơi chất ..................................... 50
Hình 2.18: Ống xốy ............................................................................................ 52
Hình 2.19: Cấu tạo tấm làm lạnh bằng hiệu ứng Peltier ...................................... 53

ix


Hình 2.20: Làm lạnh bằng hiệu ứng nhiệt điện .................................................... 54
Hình 3.1: Phân loại máy nén theo nguyên lý hoạt động....................................... 57
Hình 3.2: Bơm ly tâm ........................................................................................... 58
Hình 3.3: Máy nén trục vít ................................................................................... 58
Hình 3.4: Máy nén bánh răng ............................................................................... 59
Hình 3.5: Máy nén 2 bánh răng ............................................................................ 59
Hình 3.6:: Nguyên lý làm việc của máy nén khí kiểu cánh gạt ........................... 60
Hình 3.7: Máy nén pittơng ................................................................................... 60
Hình 3.8: Đồ thị p-v của quá trình nén lý thuyết (nén pittong) ............................ 63
Hình 3.9: Quá trình nén lý thuyết (nén pittong) ................................................... 63
Hình 3.10: Quá trình nén thực của máy nén pittong ............................................ 65
Hình 3.11: Đồ thị p-v quá trình nén thực của máy nén pittong ............................ 65
Hình 3.12: Bình ngưng ống chùm nằm ngang ..................................................... 71
Hình 3.13: Bố trí đường nước tuần hồn .............................................................. 71
Hình 3.14a: Bình ngưng freon ............................................................................. 72
Hình 3.14b: Bình ngưng freon ............................................................................. 73
Hình 3.14c: Bình ngưng freon .............................................................................. 73
Hình 3.15: Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng .......................................................... 76
Hình 3.16: Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống .................................................. 77
Hình 3.17: Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản .......................................................... 77
Hình 3.18: Thiết bị ngưng tụ bay hơi ................................................................... 79

Hình 3.19: Dàn ngưng kiểu tưới ........................................................................... 81
Hình 3.20: Dàn ngưng khơng khí đối lưu tự nhiên .............................................. 83
Hình 3.21: Dàn ngưng khơng khí đối lưu cưỡng bức........................................... 84
Hình 3.22: Bình bay hơi NH3 ............................................................................... 87
Hình 3.23: Bình bay hơi freon .............................................................................. 88
Hình 3.24: Thiết bị bay hơi kiểu panen ................................................................ 89
Hình 3.25: Dàn lạnh xương cá ............................................................................. 90
Hình 3.26: Dàn lạnh kiểu tấm bản ........................................................................ 91
Hình 3.27: Dàn lạnh đối lưu tự nhiên có cánh ..................................................... 92
Hình 3.28: Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức ............................................................... 93
Hình 3.29: Dàn lạnh trong các kho lạnh ............................................................... 93
Hình 3.30: Bình trung gian đặt đứng .................................................................... 94
Hình 3.31: Bình trung gian nằm ngang ................................................................ 95

x


Hình 3.32: Sơ đồ ngun lý tủ đơng 500 kg/mẻ sử dụng thiết bị trung gian
kiểu tấm bản ................................................................................................. 97
Hình 3.33: Bình tách dầu kiểu nón chắn .............................................................. 101
Hình 3.34: Bình tách dầu kiểu van phao .............................................................. 102
Hình 3.35: Bình tách lỏng kiểu nón chắn ............................................................. 104
Hình 3.36: Bình tách lỏng kiểu nón chắn ............................................................. 105
Hình 3.37: Bình tách lỏng loại nhỏ ...................................................................... 106
Hình 3.38: Bình giữ mức - tách lỏng ................................................................... 107
Hình 3.39: Lắp đặt bình giữ mức tách lỏng ......................................................... 108
Hình 3.40: Bình thu hồi dầu ................................................................................. 108
Hình 3.41: Bình tách khí khơng ngưng ................................................................ 110
Hình 3.42: Sơ đồ lắp đặt bình tách khí khơng ngưng........................................... 110
Hình 3.43: Bình chứa cao áp ................................................................................ 111

Hình 3.44: Bình chứa hạ áp .................................................................................. 112
Hình 3.45: Tháp giải nhiệt RINKI ....................................................................... 114
Hình 3.46: Van tiết lưu tự động ........................................................................... 114
Hình 3.47: Sơ đồ van tiết lưu tự động .................................................................. 116
Hình 3.48: Búp phân phối lỏng ............................................................................ 116
Hình 3.49: Sơ đồ cấp dịch dàn bay hơi qua búp phân phối gas ........................... 117
Hình 3.50: Bộ lọc ................................................................................................. 117
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thiết bị và chu trình khơ.................................................... 119
Hình 4.2: Bố trí thiết bị q lạnh .......................................................................... 121
Hình 4.3: Bố trí thiết bị quá nhiệt......................................................................... 122
Hình 4.4: Chu trình quá lạnh quá nhiệt ................................................................ 122
Hình 4.5: Chu trình hồi nhiệt ............................................................................... 123
Hình 4.6: Chu trình 2 cấp nén, 1 tiết lưu, làm mát trung gian khơng hồn tồn .. 125
Hình 4.7: Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian khơng hồn tồn......... 126
Hình 4.8: Bình trung gian..................................................................................... 127
Hình 4.9: Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát trung gian hồn tồn.................... 129
Hình 4.10: Chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, bình trung gian có ống xoắn.................... 130
Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý máy lạnh ghép tầng ................................................. 131
Hình 4.12: Máy lạnh hấp thụ................................................................................ 132
Hình 4.13: Máy lạnh hấp thụ liên tục phức tạp .................................................... 133
Hình 4.14: Máy lạnh Ejector ................................................................................ 134

xi



Chƣơng 1

NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1.1 Các Khái Niệm Về Nhiệt Động Học

1.1.1 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật
+ Đối tượng nghiên cứu của nhiệt động học kỹ thuật: nhiệt động học kỹ thuật
là môn học khoa học tự nhiên, nghiên cứu những qui luật về biến đổi năng lượng mà
chủ yếu là nhiệt năng và cơ năng nhằm tìm ra các biện pháp biến đổi có lợi nhất giữa
nhiệt năng và cơ năng.
+ Phương pháp nghiên cứu: Nhiệt động học được nghiên cứu bằng phương
pháp giải tích, thực nghiệm hoặc kết hợp cả hai.
- Nghiên cứu bằng phương pháp giải tích: ứng dụng các định luật vật lý
kết hợp với các biến đổi tốn học để tìm ra cơng thức thể hiện qui luật của các hiện
tượng, các quá trình nhiệt động.
- Nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm: tiến hành các thí nghiệm
để xác định giá trị các thông số thực nghiệm, từ đó tìm ra các qui luật và cơng thức
thực nghiệm.
1.1.2 Hệ nhiệt động
1.1.2.1 Hệ thống thiết bị nhiệt
Trong thực tế ta gặp nhiều hệ thống thiết bị nhiệt như máy lạnh, máy điều hòa
nhiệt độ, các thiết bị sấy, chưng cất, thiết bị nhà máy điện,... chúng thực hiện việc
chuyển tải nhiệt từ vùng này đến vùng khác hoặc biến đổi nhiệt thành công.
* Hệ thống thiết bị
Máy lạnh, máy điều hịa nhiệt độ tiêu tốn cơng để chuyển tải nhiệt từ vùng có
nhiệt độ thấp (buồng lạnh) đến vùng có nhiệt độ cao hơn (khơng khí bên ngồi). Tua
bin hơi của nhà máy nhiệt điện nhận nhiệt từ nguồn nóng (có nhiệt độ cao), nhả nhiệt
cho nguồn lạnh để biến đổi nhiệt thành cơ năng. Để thực hiện được việc đó thì cần có
các hệ thống thiết bị nhiệt và môi chất.
* Môi chất
Muốn thực hiện việc truyền tải nhiệt và chuyển hoá nhiệt năng thành cơ năng
hoặc ngược lại trong các thiết bị nhiệt, phải dùng chất trung gian gọi là môi chất hay
chất công tác. Trong thực tế, môi chất thường ở thể lỏng, thể hơi hoặc thể khí vì
chúng dễ dàng nén, ép và có khả năng thay đổi thể tích lớn, thuận lợi cho việc trao
đổi công.

1.1.2.2 Định nghĩa và phân loại hệ nhiệt động
Tập hợp tất cả các vật thể liên quan với nhau về mặt cơ và nhiệt được tách ra
để nghiên cứu gọi là hệ nhiệt động, còn những vật khác không nằm trong hệ nhiệt
động gọi là môi trường xung quanh. Ranh giới giữa hệ nhiệt động và môi trường có
thể là một bề mặt cụ thể, cũng có thể là bề mặt tưởng tượng do ta qui ước. Ví dụ khi
nghiên cứu quá trình đun nước trong một bình kín thì có thể coi hệ nhiệt động là
nước và hơi trong bình, cịn mơi trường xung quanh là bình và khơng khí xung
quanh. Các vật thể nằm trong hệ có thể trao đổi nhiệt với nhau và với mơi trường
1


xung quanh. Có thể phân hệ nhiệt động thành hệ cơ lập và hệ đoạn nhiệt, hệ kín và hệ
hở.
* Hệ cô lập và hệ đoạn nhiệt
Hệ cô lập là hệ không trao đổi chất, không trao đổi nhiệt và công với môi
trường xung quanh.
Hệ đoạn nhiệt là hệ không trao đổi nhiệt với mơi trường.
Trong thực tế, khơng có hệ hồn tồn cơ lập hoặc đoạn nhiệt, mà chỉ gần
đúng với sai số có thể cho phép được.
Hệ kín và hệ hở:
Hệ kín là hệ khơng trao đổi chất với mơi trường xung quanh.
Hệ hở là hệ có trao đổi chất với mơi trường xung quanh.
Ví dụ: ở tủ lạnh, máy điều hịa nhiệt độ thì lượng mơi chất (ga làm
lạnh) khơng thay đổi, do đó nó là một hệ kín; ở trong động cơ xe máy, mơi chất
chính là lượng khí thay đổi liên tục, do đó nó là hệ hở.
1.1.3 Thông số trạng thái của một hệ nhiệt động
1.1.3.1 Trạng thái và thông số trạng thái
Trạng thái là một tập hợp các thơng số xác định tính chất vật lí của mơi chất
hay của hệ ở một thời điểm nào đó. Các đại lượng vật lí đó được gọi là thông số
trạng thái.

Thông số trạng thái là một hàm đơn trị của trạng thái, có vi phân tồn phần,
do đó khi vật hoặc hệ ở một trạng thái xác định thì các thơng số trạng thái cũng có
giá trị xác định. Nghĩa là độ biến thiên các thơng số trạng thái trong q trình chỉ phụ
thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của q trình mà khơng phụ thuộc vào đường đi
của quá trình.
Trong nhiệt động, thường dùng 3 thơng số trạng thái có thể đo được trực tiếp
là nhiệt độ T, áp suất p và thể tích riêng v (hoặc khối lượng riêng ρ), cịn gọi là các
thơng số trạng thái cơ bản. Ngồi ra, trong tính tốn người ta cịn dùng các thơng số
trạng thái khác như: nội năng U, entanpi E và entropi S, các thông số này không đo
được trực tiếp mà được tính tốn qua các thơng số trạng thái cơ bản.
Trạng thái cân bằng của hệ đơn chất , một pha được xác định khi biết hai
thông số trạng thái độc lập. Trên đồ thị trạng thái, trạng thái được biểu diễn bằng một
điểm.
Khi thông số trạng thái tại mọi điểm trong tồn bộ thể tích của hệ có trị số
đồng nhất và khơng thay đổi theo thời gian, ta nói hệ ở trạng thái cân bằng. Ngược
lại khi khơng có sự đồng nhất này nghĩa là hệ ở trạng thái khơng cân bằng. Chỉ có
trạng thái cân bằng mới biểu diễn được trên đồ thị bằng một điểm nào đó, cịn trạng
thái khơng cân bằng thì thơng số trạng thái tại các điểm khác nhau sẽ khác nhau, do
đó khơng biểu diễn được trên đồ thị.
* Nhiệt độ tuyệt đối
Nhiệt độ là một thông số trạng thái biểu thị mức độ nóng lạnh của vật, nó thể
hiện mức độ chuyển động của các phân tử và nguyên tử. Theo thuyết động học phân
tử thì nhiệt độ của chất khí là đại lượng thống kê, tỉ lệ thuận với động năng trung
bình chuyển động tịnh tiến của các phân tử.
2


m 2
T
3k

Trong đó:

T là nhiệt độ tuyệt đối của vật
m là khối lượng phân tử
ϖ là vận tốc trung bình chuyển động tịnh tiến của các phân tử
k là hằng số Bonzman, bằng 1.3805x10 j/K - 23 j/K.

Như vậy tốc độ trung bình chuyển động tịnh tiến của các phân tử càng lớn thì
nhiệt độ của vật càng cao.
Trong hệ thống SI thường dùng hai thang đo nhiệt độ:
- Thang nhiệt độ bách phân: nhiệt độ kí hiệu bằng chữ t, đơn vị đo là độ
Censius (oC).
- Thang nhiệt độ tuyệt đối: nhiệt độ kí hiệu bằng chữ T, đơn vị đo là độ
Kenvin (oK).
Hai thang đo này có quan hệ với nhau bằng biểu thức sau:
T = t + 273.15
Nghĩa là 0 (oC) tương ứng với 273.15 oK. Giá trị mỗi độ chia trong hai thang
này bằng nhau: dT = dt.
Ngồi ra, một số nước như Anh, Mỹ cịn dùng thang nhiệt độ Farenhet, đơn
vị đo là oF và thang nhiệt độ Renkin, đơn vị đo là oR. Giữa độ C, độ F và độ R có
mối quan hệ như sau:

5
5
t (C )  T ( K )  273.15  (t ( F )  32)  t ( R)  273.15
9
9
Để đo nhiệt độ, người ta dùng các dụng cụ khác nhau như: nhiệt kế thuỷ
ngân, nhiệt kế khí, nhiệt kế điện trở, cặp nhiệt, hoả quang kế,...
* Áp suất tuyệt đối

Lực tác dụng của môi chất vng góc lên một đơn vị diện tích bề mặt tiếp xúc
gọi là áp suất tuyệt đối của môi chất.
Theo thuyết động học phân tử, áp suất tỉ lệ với động năng trung bình chuyển
động tịnh tiến của các phân tử và với số phân tử khí trong một đơn vị thể tích:

p   .n.
Trong đó:

m. 2
3

n là số phân tử khí trong một đơnvị thể tích

α là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào kích thước bản thân phân tử và
lực tương tác giữa các phân tử. áp suất càng nhỏ, nhiệt độ càng cao thì α càng gần
tới 1
m là khối lượng phân tử
ϖ là vận tốc trung bình chuyển động tịnh tiến của các phân tử

3


Đơn vị tiêu chuẩn đo áp suất là Pascal, kí hiệu là Pa
1 Pa = 1 N/m2, 1 Kpa = 103 Pa, 1 Mpa = 106 Pa
Ngoài đơn vị tiêu chuẩn trên, hiện nay trong các thiết bị kỹ thuật người ta còn
dùng đơn vị đo khác như: Atmosphere kỹ thuật at hay kg/cm2 (1at = 1kg/cm2); bar;
milimet cột nước (mmH2O); milimet thuỷ ngân (mmHg), quan hệ giữa chúng như
sau:

1Pa  1

N
1
1
1
 105 bar 
105 at 
mmH 2O 
mmHg
2
m
0,981
0,981
133,32

Áp suất của khơng khí ngồi trời (ở trên mặt đất) gọi là áp suất khí quyển, ký
hiệu là pk, đo bằng baromet.
Một chất khí chứa trong bình kín có áp suất tuyệt đối là p. Nếu áp suất p lớn
hơn áp suất khí quyển pk thì hiệu giữa chúng được gọi là áp suất dư, ký hiệu là pd, pd
= p - pk, được đo bằng manomet. Nếu áp suất p nhỏ hơn áp suất khí quyển pk thì hiệu
giữa chúng được gọi là độ chân không, ký hiệu là pck, pck = p - pk, được đo bằng chân
không kế. Quan hệ giữa các loại áp suất đó được biểu diễn như sau:

Hình 1.1: Quan hệ giữa các áp suất
* Thể tích riêng và khối lượng riêng
Một vật có khối lượng G kg và thể tích V m3 thì thể tích riêng của nó là:
v

V  m3 
G  kg 



G  kg 
V  m3 

Khối lượng riêng:

* Nội năng
Nội năng của một vật là toàn bộ năng lượng bên trong vật đó, gồm nội nhiệt
năng và hố năng và năng lượng nguyên tử. Trong các quá trình nhiệt động, khi
khơng xảy ra các phản ứng hố học và phản ứng hạt nhân, nghĩa là năng lượng các
dạng này khơng thay đổi, khi đó tất cả các thay đổi năng lượng bên trong của vật chỉ

4


là thay đổi nội nhiệt năng. Vậy trong nhiệt động học ta nói nội năng nghĩa là nội
nhiệt năng.
Nội năng bao gồm hai thành phần: nội động năng và nội thế năng. Nội động
năng là động năng của chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay, dao động của các
phân tử, nguyên tử; còn nội thế năng là thế năng tương tác giữa các phân tử:
U = Uđ + Uth
Chuyển động của các phân tử phụ thuộc vào nhiệt độ của vật, do đó nội động
năng là hàm của nhiệt độ: Uđ = f(t), còn lực tương tác giữa các phân tử phụ thuộc vào
khoảng các giữa chúng tức là phụ thuộc vào thể tích riêng v của các phân tử, do đó
nội thế năng là hàm của thể tích: Uth = f(v). Như vậy nội năng phụ thuộc vào nhiệt độ
T và thể tích v, nói cách khác nó là một hàm trạng thái: U = f(T,v).
Khi vật ở một trạng thái xác định nào đó, có giá trị nhiệt độ T và thể tích v
xác định thì sẽ có giá trị nội năng U xác định.

Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng không, do đó nội
năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T, nghĩa là U = f(T). Trong mọi quá trình, nội năng
được xác định bằng:
du = CvdT và Δu = Cv(T2 - T1)
Đối với 1kg môi chất, nội năng ký hiệu là u, đơn vị đo là j/kg; Đối với G kg
ký hiệu là U, đơn vị đo là j. Ngoài ra có thể dùng các đơn vị đo khác như: Kcal;
KWh; Btu,... quan hệ giữa các dơn vị đó là:
1kj = 0.239 kcal = 277.78.10-6 kwh = 0.948 Btu
Trong các quá trình nhiệt động, ta chỉ cần biết biến thiên nội năng mà không
cần biết giá trị tuyệt đối của nội năng, do đó có thể chọn điểm gốc tuỳ ý mà tại đó nội
năng bằng khơng. Theo qui ước, đối với nước ta chọn u = 0 tại điểm có nhiệt độ t =
0.01 oC và áp suất p = 0.0062 at (điểm 3 thể của nước).
* Entanpi
Đối với 1kg, entanpi được ký hiệu là i, đối với Gkg ký hiệu là I, và được định
nghĩa bằng biểu thức:
i = u + pv

(j/kg)

I = G.i = G.(u + pv) = U = pV

(J)

Entanpi cũng là một thông số trạng thái, nhưng khơng đo được trực tiếp mà
được tính tốn qua các thông số trạng thái cơ bản u, p và v. Vi phân của nó: di = du +
d(pv) là vi phân toàn phần. Đối với hệ hở, pv là năng lượng đẩy tạo ra công lưu động
để đẩy dịng mơi chất dịch chuyển, cịn trong hệ kín tích số pv không mang ý nghĩa
năng lượng đẩy.
Tương tự như nội năng, entanpi của khí thực phụ thuộc vào nhiệt độ T và thể
tích v, nói cách khác nó là một hàm trạng thái: i = f(T,v).

Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng không, do đó
entanpi chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T, nghĩa là i = f(T). Trong mọi quá trình, entanpi
được xác định bằng:
di = CpdT và Δi = Cp(T2 - T1)

5


Tương tự như nội năng, trong các quá trình nhiệt động ta chỉ cần tính tốn độ
biến thiên entanpi mà không cần biết giá trị tuyệt đối của entanpi, do đó có thể chọn
điểm gốc tuỳ ý mà tại đó entanpi bằng không. Theo qui ước, đối với nước ta chọn i =
0 tại điểm có nhiệt độ T = 0 oK hoặc ở điểm 3 thể của nước.
* Entropi
Entropi là một thông số trạng thái, được ký hiệu bằng s và có vi phân tồn
phần bằng:

ds 

dq  j 
T  kg.0 K 

Entropi được ký hiệu bằng s đối với 1 kg và S đối với G kg.
Entropi khơng đo được trực tiếp mà phải tính tốn và thường chỉ cần tính tốn
độ biến thiên Δs của nó như đơí với nội năng và entanpi.
Đối với G kg thì:

dS  G.ds 

dQ  j 
T  0 K 

* Execgi
Trong thực tế, tất cả các dạng năng lượng (trừ nhiệt năng) đều có thể biến
hồn tồn thành cơng trong các quá trình thuận nghịch. Ngược lại, nhiệt năng chỉ có
thể biến đổi một phần thành cơng trong q trình thuận nghịch vì chúng cịn bị giới
hạn bởi nhiệt độ mơi trường. Phần năng lượng có thể biến thành cơng trong các q
trình thuận nghịch được gọi là execgi, kí hiệu là e hoặc E, cịn phần năng lượng
khơng thể biến thành cơng được gọi là anecgi, kí hiệu là A hoặc a.
Q=e+a
Trong đó:
e là execgi,
a là anecgi.
1.1.3.2 Tính chất của thông số trạng thái
- Thông số trạng thái có vi phân tồn phần
- Thơng số trạng thái là hàm đơn trị của trạng thái, lượng biến thiên thông số
trạng thái chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của q trình mà khơng phụ
thuộc vào đường đi của q trình.
Nhiệt lượng và cơng trao đổi trong một quá trình phụ thuộc vào đường đi của
quá trình nên không phải là thông số trạng thái, chúng là hàm của quá trình.
1.1.4 Quá trình và chu trình nhiệt động
1.1.4.1 Quá trình
Bất kỳ sự thay đổi trạng thái nào của vật hoặc của hệ gắn liền với những hiện
tượng nhiệt gọi là q trình nhiệt động. Nói cách khác, trong q trình nhiệt động
phải có ít nhất một thơng số trạng thái thay đổi kèm theo sự trao đổi nhiệt hoặc công.
Khi môi chất hoặc hệ thực hiện một quá trình, nghĩa là chuyển từ trạng thái
cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác thì trạng thái cân bằng trước bị phá huỷ.
6


Nếu q trình tiến hành vơ cùng chậm để có đủ thời gian xác lập trạng thái cân bằng

mới thì thực tế vẫn coi hệ đã thực hiện quá trình cân bằng. Do đó, muốn thực hiện
một q trình cân bằng thì phải tiến hành vơ cùng chậm, nghĩa là các điều kiện bên
ngồi phải thay đổi vơ cùng chậm.
Trên đồ thị, đường biểu diễn sự thay đổi trạng thái của mơi chất hay của hệ
trong q trình nào đó gọi là đường của quá trình. Lượng thay đổi các thông số trạng
thái chỉ được xác định bằng trạng thái đầu và trạng thái cuối của q trình nên chúng
khơng phụ thuộc vào đường đi của quá trình.
1.1.4.2 Chu trình
Một quá trình mà trạng thái đầu và trạng thái cuối trùng nhau thì gọi là chu
trình (tức một quá trình kín).
Trong một chu trình ln có q trình nhận nhiệt từ nguồn này, nhả nhiệt cho
nguồn kia và kèm theo q trình nhận hoặc sinh cơng. Do đó, trong một chu trình
nhiệt động ít nhất phải có: 1 nguồn nóng, 1 nguồn lạnh và chất môi giới.
1.1.5 Nhiệt và công
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 q trình. Khi mơi chất trao đổi cơng với mơi
trường thì kèm theo các chuyển động vĩ mơ, cịn khi trao đổi nhiệt thì ln tồn tại sự
chênh lệch nhiệt độ.
1.1.5.1 Nhiệt lượng
Một vật có nhiệt độ khác khơng thì các phân tử và ngun tử của nó sẽ
chuyển động hỗn loạn và vật mang một năng lượng gọi là nhiệt năng.
Khi hai vật tiếp xúc với nhau thì nội năng của vật nóng hơn sẽ truyền sang vật
lạnh hơn. Quá trình chuyển nội năng từ vật này sang vật khác gọi là quá trình tuyển
nhiệt. Lượng nội năng truyền được trong q trình đó gọi là nhiệt lượng trao đổi giữa
hai vật, ký hiệu là:
Q nếu tính cho G kg, đơn vị đo là j
q nếu tính cho 1 kg, đơn vị đo là j/kg
Qui ước:

Nếu q > 0 ta nói vật nhận nhiệt

Nếu q < 0 ta nói vật nhả nhiệt

Trong trường hợp cân bằng (khi nhiệt độ các vật bằng nhau), vẫn có thể xảy
ra khả năng truyền nội năng từ vật này sang vật khác (xem là vô cùng chậm) ở trạng
thái cân bằng động. Điều này có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát các q trình và chu
trình lí tưởng.
1.1.5.2 Cơng
Cơng là đại lượng đặc trưng cho sự trao đổi năng lượng giữa mơi chất với
mơi trường khi có chuyển động vĩ mơ. Khi thực hiện một q trình, nếu có sự thay
đổi áp suất, thay đổi thể tích hoặc dich chuyển trọng tâm khối mơi chất thì một phần
năng lượng nhiệt sẽ được chuyển hoá thành cơ năng. Lượng chuyển biến đó chính là
cơng của q trình.

7


Ký hiệu là
l nếu tính cho 1 kg, đơn vị đo là j/kg,
L nếu tính cho G kg, đơn vị đo là j,
Qui ước
Nếu l > 0 ta nói vật sinh cơng,
Nếu l < 0 ta nói vật nhận cơng,
Cơng không thể chứa trong một vật bất kỳ nào, mà nó chỉ xuất hiện khi có
q trình thay đổi trạng thái kèm theo chuyển động của vật.
Về mặt cơ học, cơng có trị số bằng tích giữa lực tác dụng với độ dời theo
hướng của lực. Trong nhiệt kỹ thuật thường gặp các loại cơng sau: cơng thay đổi thể
tích; cơng lưu động (cơng thay đổi vị trí); cơng kỹ thuật (cơng thay đổi áp suất) và
cơng ngồi.
* Cơng thay đổi thể tích
Cơng thay đổi thể tích là cơng do mơi chất thực hiện khi có sự thay đổi thể

tích. Cơng thay đổi thể tích được trình bày hình sau:

Hình 1.2: Cơng thay đổi thể tích
Với 1kg mơi chất, khi tiến hành một quá trình ở áp suất p, thể tích thay đổi
một lượng dv, thì mơi chất thực hiện một cơng thay đổi thể tích là:
dl = p.dv
Khi tiến hành q trình, thể tích thay đổi từ v1 đến v2 thì cơng thay đổi thể
tích được tính là:
v2

l   pdv
v1

Khi dv > 0 thì dl > 0, nghĩa là khi xảy ra q trình mà thể tích tăng thì cơng
có giá dương, ta nói mơi chất sinh cơng (cơng do mơi chất thực hiện).
Khi dv < 0 thì dl < 0, nghĩa là khi xảy ra quá trình mà thể tích giảm thì cơng
có giá âm, ta nói môi chất nhận công (công do môi trương thực hiện). Cơng thay đổi
thể tích khơng phải là thơng số trạng thái.
8


Hình 1.3: Đồ thị xác định cơng thay đổi thể tích
* Cơng kỹ thuật
Cơng kỹ thuật là cơng do thay đổi áp suất. Khi mơi chất tiến hành một q
trình, áp suất thay đổi một lượng là dp thì thực hiện một công kỹ thuật là dlkt, công
kỹ thuật được tính:

dlkt = v.dp
Nếu q trình được tiến hành từ áp suất p1 đến p2 thì cơng kỹ thuật được tính
là:

p2

l   vdp
p1

Hình 1.4: Đồ thị xác định cơng kỹ thuật
* Cơng ngồi
Cơng ngồi là cơng mà hệ trao đổi với mơi trường trong q trình nhiệt động.
Đây chính là cơng có ích mà hệ sinh ra hoặc nhận được từ bên ngoài:

9


 2 
dln  dl  dlld  d 
  gdh
2


Vì trong hệ kín, trọng tâm khối khí khơng dịch chuyển do đó khơng có lực
đẩy, khơng có ngoại động năng nên cơng ngồi trong hệ kín bằng chính cơng thay
đổi thể tích. Nói cách khác, chỉ có thể nhận được cơng trong hệ kín khi cho mơi chất
dãn nở hay:
dln = dl = pdv
Đối với hệ hở, môi chất cần tiêu hao cơng để thay đổi vị trí gọi là công lưu
động hay lực đẩy (dln = d(pv)), khi đó cơng ngồi bằng:

 2 
dln  dl  d  pv   d 
  gdh

 2 
1.2 Phát Biểu Định Luật Nhiệt Động I
Định luật nhiệt động I là định luật bảo tồn và biến hố năng lượng viết cho
các quá trình nhiệt động. Theo định luật bảo tồn và biến hố năng lượng thì năng
lượng toàn phần của một vật hay một hệ ở cuối q trình ln ln bằng tổng đại số
năng lượng tồn phần ở đầu q trình và tồn bộ năng lượng nhận vào hay thải ra
trong q trình đó.
Trong các q trình nhiệt động, khi khơng xảy ra các phản ứng hoá học và
phản ứng hạt nhân, nghĩa là năng lượng hố học và năng lượng hạt nhân khơng thay
đổi, khi đó năng lượng tồn phần của vật chất thay đổi chính là do thay đổi nội năng
U, trao đổi nhiệt và công với môi trường.
Xét 1kg môi chất, khi cấp vào một lượng nhiệt dq thì nhiệt độ thay đổi một
lượng dT và thể tích riêng thay đổi một lượng dv. Khi nhiệt độ T thay đổi chứng tỏ
nội động năng thay đổi; khi thế tích v thay đổi chứng tỏ nội thế năng thay đổi và môi
chất thực hiện một cơng thay đổi thể tích, như vậy khi cấp vào một lượng nhiệt dq thì
nội năng thay đổi một lượng là du và trao đổi một công là dl.
- Định luật nhiệt động I phát biểu: nhiệt lượng cấp vào cho hệ một phần dùng
để thay đổi nội năng, một phần dùng để sinh công.
dq = du + dl
- ý nghĩa của định luật nhiệt động: định luật nhiệt động I cho phép ta viết
phương trình cân bằng năng lượng cho một quá trình nhiệt động.
Các dạng biểu thức của định luật nhiệt động I
Định luật nhiệt động I có thể được viết dưới nhiều dạng khác nhau như sau:
Trong trường hợp tổng quát
dq = du + dl
Đối với 1 kg môi chất
Δq = Δu + l
Đối với G kg môi chất
ΔQ = ΔU + L

10


Mặt khác theo định nghĩa entanpi, ta có:
i = u + pv
Lấy đạo hàm ta được
di = du + d(pv) hay du = di - pdv - vdp
chú ý dl = pdv ta có dạng khác của biểu thức định luật nhiệt động I như sau:
dq = di - pdv - vdp + pdv
dq = di - vdp
Hay: dq = di + dlkt
Đối với khí lý tưởng ta ln có:
du = CvdT
di = CpdT
1.3 Định Luật Nhiệt Động II
Định luật nhiệt động I chính là định luật bảo tồn và biến hố năng lượng viết
cho các q trình nhiệt động, nó cho phép tính tốn cân bằng năng lượng trong các
q trình nhiệt động, xác định lượng nhiệt có thể chuyển hố thành cơng hoặc cơng
chuyển hố thành nhiệt. Tuy nhiên nó khơng cho ta biết trong điều kiện nào thì nhiệt
có thể biến đổi thành cơng và liệu tồn bộ nhiệt có thể biến đổi hồn tồn thành cơng
khơng.
Định luật nhiệt động II cho phép ta xác định trong điều kiện nào thì quá trình
sẽ xảy ra, chiều hướng xảy ra và mức độ chuyển hoá năng lượng của quá trình. Định
luật nhiệt động II là tiền đề để xây dựng lý thuyết động cơ nhiệt và thiết bị nhiệt.
Theo định luật nhiệt động II thì mọi quá trình tự phát trong tự nhiên đều xảy
ra theo một hướng nhất định. Ví dụ nhiệt năng chỉ có thể truyền từ vật có nhiệt độ
cao đến vật có nhiệt độ thấp hơn. nếu muốn quá trình xảy ra ngược lại thì phải tiêu
tốn năng lượng, ví dụ muốn tăng áp suất thì phải tiêu tốn cơng nén hoặc phải cấp
nhiệt vào, muốn lấy nhiệt từ vật có nhiệt độ thấp hơn thải ra mơi trường xung quanh
có nhiệt độ cao hơn (như ở máy lạnh) thì phải tiêu tốn một năng lượng nhất định

(tiêu tốn một điện năng chạy động cơ kéo máy nén).

Nguồn nhiệt cao T1
Qc
A

Hệ
thống

Cơng

Qt
Nguồn nhiệt thấp T2
Hình 1.5: Động cơ nhiệt sinh công

11