Bài 33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học

3/8/2016
CƠ HỌC
NHIỆT HỌC
ĐIỆN HỌC
QUANG HỌC
CÁC NGUYÊN LÝ
CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Độ biến thiên nội năng của vật bằng tổng công và nhiệt lượng mà vật nhận được.
Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công:
Q >0 : Vật nhận nhiệt lượng;
Q <0 : vật truyền nhiệt lượng;
A >0 : Vật nhận công;
A <0 : vật thực hiện công;
1. Phát biểu nguyên lý
C1. Xác định dấu của các đại lượng trong hệ thức của nguyên lý I NĐLH cho các quá trình vật thu nhiệt lượng để tăng nội năng đồng thời thực hiện công ?
C2. Các hệ thức sau đây diễn tả những quá trình nào ?
a. ∆U = Q khi Q >0 ; khi Q < 0.
b. ∆U = A khi A >0; khi A < 0.
c. ∆U = Q + A khi Q>0 và A>0.
d. ∆U = Q + A khi Q> 0 và A>0.
a.Vật nhận nhiệt lượng để tăng nội năng; Vật truyền nhiệt lượng giảm nội năng.
b.Vật nhận công tăng nội năng;Vật thực hiện công giảm nội năng.
c. Vật thu nhiệt lượng và thực hiện công.
d. Vật nhận nhiệt lượng và nhận công.
NGUYÊN LÝ I NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Vận dụng nguyên lý I vào quá trình đẳng tích
Trong hệ tọa độ (p, V) quá trình này được biểu diễn bằng đường thẳng vuông góc với trục thể tích.
Cho chất khí chuyển từ trạng thái 1 (p1, V1,T1) sang trạng thái 2 ( p2, V2, T2)
1
2
V1 =V2
V
p
p1
p2
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch
a. Quá trình thuận nghịch
Quá trình thuận nghịch là quá trình , vật có thể tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác.
b. Quá trình không thuận nghịch
Ví dụ :
Ấm nước đặt ngoài không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần cho đến khi nhiệt độ của nước bằng nhiệt độ của không khí. Tuy nhiên ấm nước không thể tự lấy lại nhiệt lượng đã truyền cho không khí để trở lại trạng thái ban đầu. Quá trình truyền nhiệt là quá trình không thuận nghịch
a.Cách phát biểu của Clausius
Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn.
b.Cách phát biểu của Carnot
Động cơ nhiệt không thể chuyển hoá tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học
Hòn đá rơi từ trên cao xuống . Khi đó cơ năng của hòn đá chuyển thành nội năng của nó và không khí xung quanh làm cho hòn đá và không khí nóng lên. Tuy nhiên , hòn đá không thể tự lấy lại nội năng của mình và không khí xung quanh để bay trở lại vị trí ban đầu. Quá trình chuyển hóa năng lượng này cũng là quá trình không thuận nghịch.
2.Nguyên lý II của nhiệt động lực học
C3. Về mùa hè, người ta có thể dùng máy điều hòa nhiệt độ để truyền nhiệt từ trong phòng ra ngoài trời, mặc dù nhiệt độ ngoài trời cao hơn trong phòng. Hỏi điều này có vi phạm nguyên lý II không ? Tại sao ?
C4. Hãy chứng minh rằng, cách phát biểu trên không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng.
Động cơ nhiệt gồm 3 bộ phận cơ bản là:
1. Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng.
2. Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân và các thiết bị phát động;
3. Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra.
3.Vận dụng
NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC
Nguồn nóng cung cấp nhiệt lượng Q1 cho bộ phận phát động để bộ phận này chuyển hóa thành công A. Theo nguyên lý II thì bộ phận phát độngkhông thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học. Do đó cần có nguồn lạnh để nhận phần nhiệt lượng Q2 còn lại.
Cũng chính vì thế mà hiệu suất của động cơ nhiệt :