Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2a: Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1)

Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2a: Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1). Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Năng lượng của hệ, các dạng năng lượng; hai dạng truyền năng lượng là nhiệt và công; các dạng công khác nhau; sự bảo toàn năng lượng – định luật nhiệt động học thứ nhất; hiệu suất truyền năng lượng; năng lượng và ô nhiễm môi trường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2a: Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1) Năng lượng Bảo toàn năng lượng (Định luật nhiệt động học 1) 1 Một số lưu ý • Nội dung giảng dạy trong các cuốn sau: [1] Thermodynamics: An Engineering Approach: Các chương 1, 2, 3, 4, 5 và 6 [2] Basic Engineering Thermodynamics: Chương 9 – Heat Transfer [3] Sách Nhiệt động lực học: các chương từ 1-5 • Bài tập: Giao theo cá nhân trong các chương 1-6 cuốn [1] • Học liệu (Course Materials) cung cấp trên website: scholar.vimaru.edu.vn/diemphd và facebook group: Engineering Thermodynamics Group 4 21 Objectives - Năng lượng của hệ, các dạng năng lượng; - Hai dạng truyền năng lượng là nhiệt và công; - Các dạng công khác nhau; - Sự bảo toàn năng lượng – Định luật nhiệt động học thứ nhất; - Hiệu suất truyền năng lượng; - Năng lượng và ô nhiễm môi trường. 3 Sự bảo toàn khối lượng • Nguyên lý chung: Vật chất (Khối lượng) được bảo toàn, không sinh ra và mất đi, chỉ có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác • Đối với hệ nhiệt động: Khối lượng vào – Khối lượng ra = Sự thay đổi khối lượng. ݀݉ ෍ ݉௜௡ − ෍ ݉௢௨௧ = ݀‫ݐ‬ 42 Sự bảo toàn khối lượng ௗ௠ • Hệ kín: ݉ = ܿ‫;ݐݏ݊݋‬ ௗ௧ =0 Ví dụ: Lốp xe, động cơ đốt trong sau khi coi các quá trình nạp và thải là triệt tiêu nhau. • Hệ hở: thường gặp với các giả thiết là dòng chảy đều và ổn định: • Ví dụ: vật chất (lỏng, khí) chảy qua ống; hơi nước chảy qua động cơ tuabin hơi. 5 Năng lượng: Nhiệt, Công, sự truyền năng lượng Energy: Heat, Work, Energy Transfer 63 Sự bảo toàn năng lượng  Ví dụ 1: Tủ lạnh làm việc trong phòng kín, cách nhiệt, cánh tủ mở.  Nhiệt độ phòng ntn?  Các dạng năng lượng tham gia vào quá trình?  Ví dụ 2: Quạt chạy trong phòng kín, cách nhiệt.  Nhiệt độ phòng ntn?  Các dạng năng lượng tham gia vào quá trình?  Cơ sở để kết luận về sự thay đổi nhiệt độ? 7 Các dạng năng lượng (Forms of Energy) Năng lượng (Energy) Trong hệ ổn định (không tồn tại ảnh hưởng của điện, từ, …), năng lượng toàn phần (E) của hệ bao gồm: Động năng (kinetic-KE), thế năng (potential-PE) và nội năng (internal-U): - Động năng: - - Thế năng: - Năng lượng toàn phần: Hoặc viết cho một đơn vị khối lượng:4 Năng lượng vi mô, vĩ mô  Năng lượng vĩ mô của hệ là năng lượng toàn phần so với xung quanh, bao gồm động năng và thế năng.  Năng lượng vi mô của hệ liên quan đến cấu trúc phân tử của hệ thống và độc lập với bên ngoài. Đó là nội năng.  Năng lượng của chuyển động phân tử: Nhiệt hiện (Sensible energy);  Năng lượng biến đổi pha: Nhiệt ẩn (Latent energy);  Năng lượng liên kết nguyên tử: Hóa năng (Chemical energy), Năng lượng nguyên tử (Atomic energy). 9 Sự dụng năng lượng  Static energy: được tích trữ trong hệ thống;  Dynamic energy: được hệ thống trao đổi (qua biên hệ). Chỉ có 2 dạng năng lượng trao đổi:  Nhiệt (Heat);  Công (Work).  Ví dụ: Tuabin thủy điện:  Năng lượng vĩ mô của dòng chảy làm quay tuabin (sinh công).  Năng lượng vi mô chuyển động hỗn loạn các phần tử H2O không có tác dụng. 105 Năng lượng trong hệ kín, hở  Hệ kín (close system):  Hệ hở (control volume):  Thường không có  Có dòng chảy (mass chuyển động flow rate); (stationary);  Energy Flow rate  KE = 0;  Ví dụ: Dòng chảy trong  PE = 0; động cơ tuabin hơi  ∆E = ∆U  Ví dụ: đun nóng vật chất trong một bình kín. ...