Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 11: Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 11: Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học

1. Ch−ơng 11 Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học
2. Đ1. Những hạn chế của nguyên lý thứ I NĐLH •Không xác định chiều truyền tự nhiên củanhiệt: Nhiệt truyền tự nhiên từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn. Không có quá trình tự nhiên ng−ợc lại. •Không xác định chiều chuyển hoá tự nhiên của năng l−ợng: Thế năng biến tự nhiên thμnh động năng rồi thμnh nhiệt toả ra, Không có quá trình tự nhiên ng−ợc lại: Nhiệt → Động năng →Thế năng. Tuy nhiên các quá trình ng−ợc lại trên đều thoả mãn nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học • Không đánh giá đ−ợc chất l−ợng nhiệt • Không phân biệt khác nhau giữa công vμ nhiệt.
3. Đ2. Quá trình thuận nghịch vμ quá trình không thuận nghịch 1. Định nghĩa p A a. Quá trình A->B ->A lμ thuận nghịch nếu quá trình ng−ợc B ->A B hệ cũng đi V qua các trạng thái trung gian nh− trong quá trình thuận A ->B; Suy ra: ‚ Hệ chỉ có thể trở về trạng thái cân bằng ->QT thuận nghịch lμ QT cân bằng ->Athuận=A’nghịch, Qthuận=Q’nghịch. ƒ Hệ trở về trạng thái ban đầu, môi tr−ờng xung quanh không biến đổi
4. b. QT không thuận nghịch: Sau khi thực hiện QT thuận vμ QT nghịch đ−a hệ về trạng thái ban đầu thì môi tr−ờng xung quanh bị biến đổi. 2. Thí dụ: Quá trình giãn đoạn nhiệt vô cùng chậm: QTTN •Dao động của con lắc không ma sát có nhiệt độ bằng nhiệt độ bên ngoμi: QTTN B A
5. Các quá trình không thuận nghịch •Các quá trình có ma sát: Không TN • Truyền nhiệt từ vật nóng-> vật lạnh: Không TN •QT giãn khí trong chân không: Không TN B A
6. Đ3. Nguyênlý thứ hai nhiệtđộng lực học 1. Động cơ nhiệt: Máy Xilanh Pitông V V1 2 biến nhiệt thμnh công: ĐC hơi Q Q’2 T 1 n−ớc, ĐC đốt trong. Nguồn1 nóng T2 Nguồn lạnh Tác nhân: chất vận chuyển (hơi Bơm n−ớc, khí ) biến nhiệt thμnh 'A công: Tuần hoμn η = Q Hiệu suất của động cơ nhiệt: 1 Sau một chu trình: ΔU=-A’+Q1-Q’2=0 -> A’= Q1-Q’2 'A QQ− , Q, η = =1= 2 1 − 2 Q1 Q1 Q1
7. nguồn lạnh nguồn nóng •Môtảhiệnt−ợng ! • Có mấy nguồn nhiệt ? •Cóphảilμ mộtđộngcơ?
8. 2. Phát biểu nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học a. Phát biểu của Clausius: Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn. b. Phát biểu của Thompson: Một động cơ không thể sinh công, nếu nó chỉ trao đổi nhiệt với một nguồn nhiệt duy nhất. c. ý nghĩa: Không thể chế tạo đ−ợc động cơ vĩnh cửu loại hai: lấy nhiệt chỉ từ 1 nguồn (T thấp nh− n−ớc biển) để sinh công. Chất l−ợng nhiệt: T cμng cao, chất l−ợng cμng cao
9. Đ4. Chu trình Carnot 1. Chu Trình Carnot thuận p Q 1 T 1 nghịch gồm 4 quá trình TN: p1 1 p 2 x Giãn đẳng nhiệt: T p2 1 4 4 p3 T 3 =const, 1→2, nhận Q1 từ Q2 2 nguồn nóng. V V V v 1 4 V2 3 y Giãn đoạn nhiệt:2→3, Nhiệt độ giảm T1 →T2 z Nén đẳng nhiệt: T2 = const, 3 → 4, thải Q2 (lμm nguội) { Nén đoạn nhiệt: 4→1, nhiệt độ tăng: T2 →T1
10. Trong chu trình thuận 12341 hệ nhận nhiệt Q1 từ nguồn nóng, sinh công A’ vμ thải nhiệt Q2’vμo nguồn lạnh. → Động cơ nhiệt. Trong chu trình nghịch 14321 hệ nhận công lấy nhiệt (lμm lạnh) từ nguồn lạnh vμ thải nhiệt vμo nguồn nóng. → Máy lμm lạnh. b. Hiệu suất ηc trong chu trình Carnot thuận nghịch , Q2 ηc =1 − Cần tính Q1 vμ Q2’ Q1 m V2 Giãn đăng nhiệt 1 → 2 có: Q1 = RT1 ln μ V1