Bài giảng môn Nhiệt động lực học (part 3 - chương 3)

Tham khảo tài liệu bài giảng môn nhiệt động lực học (part 3 - chương 3), kỹ thuật - công nghệ, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng môn Nhiệt động lực học (part 3 - chương 3)Chương 3. CHẤT THUẦN KHIẾT3.1 Khái Niệm Chất thuần khiết: Là chất có thành phần hóa học đồng nhất và ổn định trong suốt quá trình khảo sát. Bao gồm:  Hỗn hợp nhiều pha của một chất thuần khiết;  Hỗn hợp đồng nhất của nhiều chất với điều kiện l à thành phần hóa học của nó; không bị biến đổi. Ví dụ:  Hỗn hợp nước đá và nước;  Không khí khô;  Nhưng không khí trong quá trình hóa lỏng thì không (bởi vì các thành phần của không khí ngưng tụ ở nhiệt độ khác nhau ứng với áp suất đ ã cho → thay đổi tỷ lệ hòa trộn). Lưu ý: Chất thuần khiết là thuật ngữ chỉ một nhóm chất. Ứng dụng:  Trong các trung tâm nhiệt điện;  Trong các thiết bị động lực hơi nước;  Trong quá trình sấy;  Trong máy lạnh… T p=const Bay hơi  Trong xử lý không lý ẩm; …3.2 Pha của chất thuần khiết Nóng chảy Pha: Pha là một cấu trúc có Trạng thái hơi sắp xếp phân tử rõ ràng, đồng nhất và được tách ra khỏi pha khác bằng bề Trạng thái lỏng mặt phân pha. Chất thuần khiết tồn tại ở các pha Trạng thái rắn khác nhau phụ thuộc vào Q mức năng lượng. 47Hình trên mô tả sự thay đổi trạng thái của chất thuần khiết ở điều kiện áp suất hằng số khiđược cung cấp thêm năng lượng bằng nhiệt lượng – ví dụ đốt nóng chảy một khối nướcđá thành lỏng, sau đó biến thành hơi.Nhận xét: Trạng thái hơi chiếm năng lượng nhiều nhất. Quá trình biến đổi pha thì nhiệtđộ không thay đổi. 3.2.1 Pha rắn  Các phân tử được giữ cố định trong một mạng cấu trúc tinh thể, lực hấp dẫn giữa các phân tử rất lớn và ngăn cản chuyển động tự do của các phân tử;  Phân tử chuyển động quanh vị trí cân bằng của nó và càng mạnh với nhiệt độ tăng lên.  Nếu nhiệt độ đủ cao, thì lực phân tử ở một phần nào đó đã trở nên vượt quá mức, và nhóm phân tử bắt đầu bị phá vỡ. Đây là sự bắt đầu của quá trình nóng chảy. 3.2.2 Pha lỏng  Các phân tử chuyển động tự do xung quanh các phân tử khác, nhưng vẫn duy trì một cấu trúc có trật tự bên trong mỗi vùng.  Khoảng cách giữa các phân tử thông thường tăng rất ít khi biến đổi từ rắn sang lỏng (nhưng nước là một ngoại lệ). 3.2.3 Pha khí  Các phân tử rời ra xa các phân tử khác và các phân tử không được sắp xếp theo một trật tự nào.  Các phân tử chuyển động ngẫu nhiên và chiếm nhiều năng lượng hơn so với pha lỏng và pha rắn.3.3 Quá trình hóa hơi của chất thuần khiết Ba pha của chất thuần khiết có thể chuyển biến qualại: Dưới đây chúng ta khảo sát sự biến đổi trạng thái từlỏng → hơi với đại diện của chất thuần khiết l à nước. 48 Hãy xem xét hệ thống piston-cylinder chứa nước lỏng ở 20oC và áp suất 1atm – làáp suất khí quyển. Trong quá trình khảo sát áp suất được giữ không đổi – lưu ý đến quá trình nấu nướchàng ngày. Ở trạng thái này – trạng thái 1– nước tồn tại ở trạng thái lỏngđược gọi là lỏng chịu nén hay lỏngquá lạnh do nó chưa thực hiện quátrình bay hơi liền (khi được cungcấp nhiệt). Khi được cung cấp nhiệtlượng thì nhiệt độ sẽ tăng lên, chấtlỏng giãn nở nhẹ và như vậy thểtích riêng tăng lên c ũng rất nhẹ. Nhiệt độ sẽ tiếp tục tăng khiđược cung cấp nhiệt lượng cho đếnkhi nước đạt 100oC.Nước lỏng đang ở trạng thái 100 oC Khi được cung cấp thêm nhiệtlượng thì nhiệt độ không tăng –năng lượng thêm vào này được sửdụng thực hiện sự chuyển pha –trên bề mặt một số phân tử nước tách khỏi lực liên kết của các phân tử khác để chuyểnsang trạng thái hơi – pha hơi Quá trình biến đổi phalỏng → hơi cứ thế tiếp diễnkhi được cung cấp thêm nhiệtlượng nếu vẫn còn lỏng tronghệ thống. Nhiệt độ phần lỏng vẫngiữ không đổi 100oC khi diễnra sự chuyển pha, hơi xuấtphát từ lỏng 100oC nên nhiệtđộ cũng là 100oC Trạng thái hai pha lỏnghơi cùng tồn tại trong hệthống – trạng thái 3 – được gọi là hơi bão hòa ẩm Ở trạng thái cân bằng, do chênh lệch về khối lượng riêng nên 49pha lỏng luôn nằm ở phía trên, bề mặt phân pha là mặt phẳng nằm ngang. Nhiệt lượng được cung cấp tiếp tục ...