Bài giảng Vật lý đại cương - Khí lý tưởng

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Khí lý tưởng

1. Nén đẳng nhiệt 3 → 4 có: m V4 m V3 Q'Q=2 − 2 =RT − 2 ln⇒Q'2 =RT2 ln μ V3 μ V4 V3 T2 ln Trong T đoạn nhiệtQ 2 →3 V η =1 − 4 có: T V γ-1= T V γ-1 c V 1 2 2 3 T ln 2 γ-1 γ-1 1 vμ 4 →1 có T1V1 =T2V4 T V1 2 V3 V2 ⇒ ηc 1 = − = T1 V4 V1 Hiệu suất chu trình Carnot TN với tác nhân lμ khí lý t−ởng chỉ phụ thuộc vμo nhiệt độ nguồn nóng vμ nguồn lạnh.  Hệ số Q2 Q2 T2 ε = = ' εcN = lμm lạnh: A QQ1 − 2 TT1− 2
2. Đ5. Định lý Carnot, hiệu suất cực đại củađộngcơnhiệt 1. Định lý Carnot a. Phát biểu: Hiệu suất động cơ nhiệt thuận nghịch chạy theo chu trình Carnot với cùng nguồn nóng vμ nguồn lạnh, đều bằng nhau vμ không phụ thuộc vμo tác nhân cũng nh− cách chế tạo máy: ηI = ηII Hiệu suất của động cơ không thuận nghịch nhỏ hơn hiệu suất của động cơ thuận nghịch. ηKTN < ηTN
3. b. Chứng minh ηI = ηII: T1nóng , , Q I2 'A I Q2 II 'A II I II η =I −1 =v μ ηII 1 = − = Q I1 QI Q1 II QII Lạnh T2 Ghép hai động cơ với nhau, động cơ II chạy theo chiều ng−ợc: nhận công A’II từ động cơ I, nhận nhiệt từ nguồn lạnh T2 , thải nhiệt vμo nguồn nóng T1. , , η >I ηQQA'A' II ⇒ 2 I 2 Ta có:A’I-A’II=A’>0 => I+II = động cơ vĩnh cửu. Cũng t−ơng tự khi ηI QQ2 II ⇒I2 ηII < I η
4. 2. Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt: Hiệu suất của động cơ thuận nghịch bất kì luôn nhỏ hơn hiệu suất của động cơ đó chạy theo chu trình carnot thuận nghịch với cùng 2 nguồn nhiệt vμ tác nhân: ηKTN < ηTN < ηTNCarnot Q' T −1 2 ≤1 −2 Dấu = ứng với chu trình Q1 T1 Carnot thuận nghịch. Dấu < ứng với chu trình Carnot KTN Hiệu suất của động cơ chạy theo chu trình Carnot thuận nghịch lμ hiệu suất cực đại.
5. 3. Kết luận: T2 a. Hiệu suất cực đại luôn nhỏηmax =1 −1 A’max<Q1. c. Ph−ơng h−ớng nâng cao HS động cơ nhiệt: Tăng ΔT →(T1↑&T2↓); Giảm ma sát d. Chất l−ợng nguồn nhiệt: Nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn thì chất l−ợng tốt hơn.
6. Đ6. Biểu thức định l−ợng (Toán học) của nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học 1. Đối với chu trình Carnot: T1,Q1 Q' T Q'2 T2 −1 2 ≤1 −2 ⇒ ≥ Q1 T1 Q1 T1 Q2 T2 ⇒ − ≥ T2,Q2 Q1 T1 Q Q ⇒1 +2 0 ≤ T1 T2 Dấu = ứng với CT Carnot thuận nghịch Dấu < ứng với CT Carnot Không TN
7. 2. Đối với chu trình nhiều nguồn nhiệt Q1, Q2, Qn nhiệt độ T1, T2, Tn (gồm các quá trình đẳng nhiệt vμ đoạn nhiệt liên tiếp nhau) n Q Các quá trình i ≤ 0 ∑ T rất ngắn thì: i= 1 i δQ ≤ 0 ∫ T Bất đẳng thức Clausius lμ biểu thức định l−ợng của nguyên lý hai NĐLH: δQ Tích phân Clausius∫ T đối với một chu trình không thể lớn hơn không
8. Đ7. Hμmentrôpivμ nguyên lý tăng entrôpi 1. Tích phân Clausius theo quá trình thuận nghịch: 1 a δQ δQ δQ δQ Chu trình = 0 = hay + =0 2 ∫T ∫T ∫T T ∫ b 1 a 2 b 1 1 a 2 2 b 1 δQ δQ QT thuận δQ − δQ = ∫+ ∫ =0 ∫T ∫ T nghịch:1 a 2T 1 bT 2 1 a 2 1 b 2 δQ Tích phân∫ T Clausius theo các quá trình thuận nghịch từ1 x 2 trạng thái 1 →2 không phụ thuộc vμo quá trình biến đổi mμ chỉ phụ thuộc vμo trạng thái đầu vμ trạng thái cuối của quá trình.
9. 2. Hμmentrôpi: δQ ∫ =SSS2 − 1 = Δ 1 x 2T S1, S2 - giá trị tích phân Clausius tại các trạng thái 1, 2. → S -Hμm entrôpi của hệ. S lμ hμm trạng thái → vi phân toμn phần: δQ S δQ dS = →SS = + T 0 ∫ T S0 S0=0 tại 0K. • T/c cộng của entrôpi Shệ=Tổng Scácphầnhệ
10. Đối với quá trình δQ δQ < =S Δ không thuận nghịch: ∫ ∫ 1 a 2T 1T b 2  Tích phân Clausius theo một quá trình không thuận nghịch từ trạng thái 1→2 nhỏ hơn độ biến thiên entrôpi của hệ trong quá trình đó. 3. Nguyên lý tăng entrôpi: Quá trình không thuận nghịch δQ δQ δQ δQ −Q δ <0 ⇒ + < 0 ⇒ + < 0 ∫T ∫T ∫T ∫T ∫ T 1 a 2 b 1 1 a 2 2 b 1 1 a 2 1 b 2 Nguyênlýtăngentrôpi: Tronghệcôlập Qδ = 0