Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học - PGS.TS. Lê Công Hảo

Bài giảng "Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học" cung cấp cho người học các kiến thức: Những hạn chế của nguyên lý thứ nhất nhiệt động lực học, nguyên lý thứ 2 nhiệt động lực học, chu trình Carnot và định lý Carnot,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 1 (Nhiệt học): Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học - PGS.TS. Lê Công HảoNguyên lý thứ 2 nhiệt động lực học PGS. TS. Lê Công Hảo 1. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌCCác quá trình trong tự nhiên đều phải tuân theonguyên lý thứ nhất → bảo toàn năng lượng trongtự nhiênMột số quá trình đã phù hợp với nguyên lý thứnhất, nhưng có thể trong thực tế vẫn không xảy ra- Quá trính truyền nhiệt. Truyền nhiệt từ vật nóngsang vật lạnh- Hòn đá rơi từ cao xuống, chứ không tự nhiên nằmtrên mặt đất lấy một động năng cao Z. Q = Q1 + Q2 = 0 → Q1 = −Q2 Nguyên lý thứ nhất không cho ta biết chiều diễn biến của quá trình thực tế xảy ra 1. NHỮNG HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Trong nguyên lý thứ nhất công và nhiệt tương đương nhau, và có thể chuyển hóa lẫn nhau. U = A + Q = 0Công có thể chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt → A = −Q Nhiệt lượng ở nhiệt độ càng cao → công càng tốt. Tuy nhiên nguyên lý thứ nhất không quan tâm đến chất lượng nhiệtNguyên lý thứ hai của nhiệt động học sẽ khắc phục những hạn chế trênđây của nguyên lý thứ nhất và cùng với nó tạo thành một hệ thống lýluận chặt chẽ làm cơ sở cho việc nghiên cứu các hiện tượng nhiệt 2. Quá trình thuận nghịchMột quá trình biến đổi của hệtừ trạng thái 1 sang trạng thái2 được gọi là thuận nghịch khi+Nó có thể tiến hành theochiều ngược lại+ Và trong quá trình ngược đó, hệ đi qua các trạng thái trung giannhư trong quá trình thuận.Mọi quá trình cơ học không có ma sát đều là quá trình thuận nghịch Quá trình thuận nghịch là quá trình lý tưởng, trong thực tế chỉ xảy ra các quá trình không thuận nghịch. 3. NGUYÊN LÝ THỨ 2 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3.1. Máy nhiệtLà một hệ hoạt động tuần hoàn → 3.1.1. Động cơ nhiệtChuyển nhiệt thành công hoặc ngược lại.Bao gồm:Tác nhân: là chất vận chuyển biến nhiệtthành công và ngược lạiNguồn nóng: có nhiệt độ cao hơnNguồn lạnh: có nhiệt độ thấp hơn nguồnnóngTheo nguyên lý 1 ta có: Q1 = A + Q2 → A = Q1 − Q2 A Q1 − Q2 Q2 = = = 1− Q1 Q1 Q1 Hiệu suất của động cơ nhiệt3. NGUYÊN LÝ THỨ 2 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3.1.2. Máy làm lạnh Là máy nhiệt biến công thành nhiệt A với tác nhân biến đổi ngược với động cơ nhiệt. Tác nhân tiêu thụ (nhận) công A của T1 Q’1 ngoại vật và lấy 1 lượng nhiệt Q2 Q2 T2 nguồn lạnh và nhả Q’1 cho nguồn nóng. Q2 Q2 Hệ số làm lạnh: = = A Q 1 − Q2 Q 1 = A + Q2 → A = Q 1 − Q2Q2 nhiệt lượng lấy từ vật cần làm lạnh, A là công cần lấy nhiệt Q2 3. NGUYÊN LÝ THỨ 2 NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 3.2. Phát biểu nguyên lý 2Phát biểu của Thompson: Một động cơkhông thể sinh công, nếu nó chỉ trao đổinhiệt với một nguồn nhiệt duy nhất.Phát biểu của Clausius: Nhiệt không thểtự truyền từ một vật lạnh sang vật nónghơn. Ý nghĩa: Không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai, lấy nhiệt chỉ từ 1 nguồn duy nhất để sinh công. Chất lượng nhiệt: T càng cao, chất lượng càng cao 4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT 4.1. Chu trình Carnot thuận nghịch (V1, T1) Q1Các máy nhiệt đều hoạt động theo nhữngchu trình, Chu trình có lợi nhất là chutrình Carnot. (V2, T1)Chu trình Carnot là chu trình gồm hai quá Q=0 Q=0trình đẳng nhiệt, thuật nghịch và hai quá (V4, T2)trình đoạn nhiệt thuận nghịch (V3, T2) Q’2Bốn bước thực hiện chu trình Carnot thuận nghịch có tác nhân là khí:a) Quá trình 1→2: Giãn đẳng nhiệt ở T1; Tác nhân thu nhiệt Q1b) Quá trình 2→3: Giãn đoạn nhiệt; nhiệt độ từ T1 giảm xuấng T2c) Quá trình 3→4: Nén đẳng nhiệt ở T2; tác nhân tỏa nhiệt Q’2d) Quá trình 4→1: Nén đoạn nhiệt; nhiệt độ tăng từ T2 đến T1 4. CHU TRÌNH CARNOT VÀ ĐỊNH LÝ CARNOT 4.2. Hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch T2  = 1− Hiệu suất của chu trình Carnot: Q 2 T1 M V2  = 1− Q1 = Q12 = Q1 T2  RT1 ln V1 ;  = ...