II.1. Nhiệt lượng và cách tính nhiệt

II.2. Năng lượng của hệ nhiệt động

II.3. Các loại công

II.4. Định luật nhiệt động 1

II.1. Nhiệt lượng và cách tính nhiệt

Nhiệt lượng: Là lượng năng lượng trao đổi giữa hệthống và môi trường khi có sự chênh lệch nhiệt độ.

2

1

QQ

II.1.1 Các phương thức truyền nhiệta. Truyền nhiệt do dẫn nhiệt

Nhiệt lượng trao đổi do sự tiếp xúc trực tiếp của các vật rắn, hoặc ngay trong cùng vật rắn có chênh lệch nhiệt độ.

dxdtAtQx

b. Truyền nhiệt do đối lưu

Nhiệt lượng trao đổi giữa lưu chất và bề mặt rắn, quátrình này luôn có kèm theo sự lưu động tương đối của lưu chất trên về mặt

fb ttAQ

c. Truyền nhiệt do bức xạTrường hợp hai vật rắn không tiếp xúc trực tiếp nhau, môi trường giữa chúng là chân không, thì giữa hai vật này vẫn có trao đổi nhiệt. Nhiệt lượng trao đổi trong trường hợp này là bức xạ nhiệt.

4TAE

a. Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi nhiệt độ ( theo nhiệt dung riêng)

II.1.2 Tính nhiệt lượng theo biến đổi trạng thái của chất môi giới

Nhiệt dung riêng của chất khí là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một đơn vị chất khí để nhiệt độ của nó tăng lên một độ theo một quá trình nào đó.

)K.đvmc/J(;dtđqC

Theo nhiệt độ:

Phân loại NDR

NDR trung bình: là NDR trong một khoảng nhiệt độnào đó

2

1

2

1

2

1

t

t

t

t12

t

tdt.C

t1C

tq

ttqC

NDR thực: là NDR tại một giá trị nhiệt độ nào đó:

)K.đvmc/J(;dtđqC

1[kg] - NDR khối lượng, C[kJ/kg.độ]

1[m3tc] - NDR thể tích, C’[kJ/m3tc .độ]

1[kmol] - NDR kmol, Cµ[kJ/kmol.độ]

Theo đơn vị đo môi chất:

Theo tính chất quá trình:

+ Quá trình có áp suất không đổi

NDR khối lượng đẳng áp, Cp (kJ/kg.độ)

NDR thể tích đẳng áp, C’p (kJ/m3tc.độ)

NDR kmol đẳng áp, Cµp (kJ/Kmol.độ)

+ Quá trình có thể tích không đổi

NDR khối lượng đẳng tích, Cv (kJ/kg.độ)

NDR thể tích đẳng tích, C’v (kJ/m3tc.độ)

NDR kmol đẳng tích, Cµv (kJ/Kmol.độ)

Quan hệ giữa các NDR

pv ' 'v tc v p tc p

CCC v .C ; C v .C

p p

v v

C Ck

C C

k- số mũ đoạn nhiệt

Công thức Mayer: Cp- Cv=R

Sự phụ thuộc của NDR vào nhiệt độ

NDR của khí lý tưởng: C=const

BẢNG NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG

Loại khí K=Cp/Cv Cv [kJ/kmol.K] Cp [kJ/kmol.K]

Khí 1 nguyên tử

Khí 2 nguyên tử

Khí 3 hoặc nhiều nguyên tử

1,67

1,40

1, 30

12,6

20,9

29, 3

20,9

29,3

37,7

NDR phụ thuộc vào nhiệt độ

C = ao + a1.tC = ao + a1.t + a2.t2C = ao + a1.t + a2.t2+a3t3 +…+ antn

a0, a1,…an – các hệ số

-NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ 0oC đến toC

t

0

t

0dt.C

t1C

t'.aat.2aadt.C

t1C 1o

1o

t

0

t

0

- NDR trung bình trong khoảng nhiệt độ t1đến t2

122

1

2

1

t

0

t

0

t

t

t

tdt.C

t1dt.C

t1dt.C

t1C

)tt'.(aat.Ct.Ct

1C 211o1t

02t

0

t

t122

1

NDR của hỗn hợp khí

G.C=G1.C1+G2.C2+…+Gn.Cn

i

n

1iinn2211

nn

22

11

C.gC.g...C.gC.gC

C.GG...C.

GGC.

GGC

i

n

1iinn2211

nn

22

11

C.gC.g...C.gC.gC

C.GG...C.

GGC.

GGC

'C.r'C i

n

1ii

C.rCn

1ii

Cách tính nhiệt

Q=G.C.∆t; (J)

Q=Vtc.C’.∆t; (J)

Q=m.Cµ.∆t; (J)

b. Tính nhiệt theo biến thiên entropi

Tđqds

đq = T.ds

2

121

q T.ds

dss

T

1

2

s1 s2

T1

T2

T

Nếu T=const thì q12=T(s2-s1)

Nếu T=f(s) thì2

121

q f (s).ds

Theo tính chất toán học:

2

1

s

1 2s

dientich (s 12s ) T.ds

Vì vậy đồ thị T-s gọi là đồ thị nhiệt.

c.Tính nhiệt theo sự biến đổi phaNhiệt lượng dùng để làm biến đổi pha của 1 kg chất môi giới gọi là nhiệt ẩn chuyển pha, r (kJ/kg)

qGQ

Quy ước:

- Nếu q > 0 môi chất nhận nhiệt

- Nếu q < 0 môi chất thải nhiệt

Rắn Lỏng: Nhiệt ẩn nóng chảy : q=+r Lỏng Rắn: Nhiệt ẩn kết tinh: q=-rLỏng Hơi: Nhiệt ẩn hóa hơi: q=+r

Hơi Lỏng: Nhiệt ẩn ngưng tụ: q=-r

II.2. Năng lượng của hệ nhiệt động

II.2.1 Năng lượng của hệ nhiệt động

2

. ;2đE m J

Ngoại động năng:

2 22 1

2 1

2

.( );2 2

.2

đ đ đ

đ

E E E m J

E m

Ngoại thế năng:

Et=m.g.z; J

∆Et=Et2-Et1=m.g.(z2-z1)

∆Et=m.g.∆z

Nội năng (nội nhiệt năng):

∆U=U2-U1

Năng lượng đẩy (thế năng áp suất):

D =m.p.v ∆D = m.(p2.v2-p1.v1)

II.2.2. Năng lượng toàn phần của hệ nhiệt động

E = U + D + Eđ + Et ; (J)2

. ; ( / )2

e u d g z J kg

- Với hệ kín: d =0; không có động năng Eđ=0

Ek=U+Et=U

∆Ek= ∆U

- Với hệ hở: U+D=I hoặc H

Eh=I +Eđ +Et2

.2he i g z

2

.2he i g z

2

2he i

2

2he i

II.3. Các loại công

II.3.1. Công thay đổi thể tích:Wtt

dv

p

Diện tích (v112v2) =wtt

2 2

1 1

.v v

t t t tv v

w w p d v Wtt = m.wtt (J)

dVpdxSpdxFWtt

II.3.2. Công kỹ thuật: wkt (J/kg); Wkt =m.wkt (J)

wkt =-vdp

Công kỹ thuật là công của dòng môi chất chuyển động(hệ hở) thực hiện được khi áp suất thay đổi.

2

1

12 .p

ktp

w v dp

p

v0

1

2

p1

p2

v

dp

Diện tích (p112p2) = wkt

Wkt = m.wkt (J)

II.3.3. Công ngoài: wn (J/kg); Wn =m.wn (J)

Công ngoài là công mà hệ nhiệt động đã trao đổi với môi trường. Là công hữu ích ta nhận được từ hệ hoặc tác động tới hệ.

2 21 2

12 12 1 2 1 2( ) ( ) ( )2n ttw w d d g z z

Hoặc:2 22 1

12 12 2 1 2 1( ) ( ) ( )2n ttw w d d g z z

2

( ) .2n ttw w d d d g dz

Với hệ kín: wn12=wtt12 và wn= wtt = p.dv

Với hệ hở:2

( ) .2n ttw w d d d g d z

2

2

2

. ( . ) .2

. . . .2

. .2

n

n

n

w p d v d p v d g d z

w p d v p d v v d p d g d z

w v d p d g d z

2 22 1

12 12 2 1( ) ( )2n ktw w g z z

2

.2n ktw w d g dz

2 21 2

12 12 1 2( ) ( )2n ktw w g z z

II.4.1. Nội dung và ý nghĩa

- Mối tương quan giữa nhiệt năng và các dạng năng lượng khác.

- Tính bảo toàn của năng lượng.

II.4. Định luật nhiệt động thứ nhất

II.4.2. PT định luật nhiệt động thứ nhất

Giả sử môi chất trong hệ nhận lượng nhiệt Q từ môi trường, lúc này năng lượng toàn phần của hệ biến đổi một lượng ∆E và có thể sinh công Wn12

Q = ∆E + Wn12; (J)q = ∆e + wn12; (J/kg)

a. Dạng tổng quát của PT ĐL nhiệt động thứ nhất

b. PTĐL nhiệt động thứ nhất đối với hệ kín và hở

Đối với hệ kín: ∆e= ∆u ; wn12=wtt12

q = ∆u +wtt12

Đối với hệ hở:

2

.2

e i g z

2

12 12.2n nq e w i g z w

2

12 12 .2kt nw w g z

Mà ta lại có:

Vậy: q = ∆i + wkt12

c. ĐL nhiệt động I cho dòng khí (hơi) chuyển động

Dòng khí chuyển động trong các ống là một hệ hở khi không thực hiện công ngoài đối với môi trường (wn12=0)

2

.2

q e i g z

2

2q e i

d. ĐL nhiệt động I đối với quá trình hỗn hợp

∆E=0

Eh1=Eh2=const

Eh1 – Năng lượng toàn phần của hệ trước khi xảy ra quátrình hỗn hợp

Eh2 – Năng lượng toàn phần của hệ sau khi xảy ra quátrình hỗn hợp