Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 3 - GV. Nguyễn Như Xuân

Bài giảng Vật lý đại cương 2 - Chương 3: Nguyên lý II - Nhiệt động lực học trình bày hạn chế của nguyên lý, quá trình thuận nghịch, máy nhiệt, phát biểu Nguyên lý II, chu trình và định lý Carnot. Entrôpi, các hàm nhiệt động, bài tập Nguyên lý II.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 3 - GV. Nguyễn Như Xuân HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƯ BỘ MÔN VẬT LÝ NGUYỄN NHƯ XUÂNVẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 Chương 3:NGUYÊN LÝ II – NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC Hạn chế của nguyên lý I. Quá trình thuận nghịch. Máy nhiệt. Phát biểu Nguyên lý II Chu trình và ịnh lý Carnot. Entrôpi. Các hàm nhiệt động (tự ôn sgk) Bài tập Nguyên lý III. Những hạn chế của Nguyên lý I- Nhiệt động lực học• Nguyên lý I không cho biết quá trình biến đổi giữa công và nhiệttrong tự nhiên diễn ra theo chiều nào cũng như sự khác biệt giữacông và nhiệt.Hay: Nguyên lý I không cho biết chiều diễn biến của các quá trìnhxảy ra trong tự nhiên.•Nguyên lý I cũng không cho thấy sự khác nhau trong quá trìnhchuyển hoá giữa công và nhiệt. Theo nguyên lý I công và nhiệt làtương đương nhau, có thể chuyển hoá lẫn nhau. ực tế chothấy công có thể chuyển hoá hoàn toàn thành nhiệt, nhưng nhiệt chỉcó thể biến đổi 1 phần thành công mà không thể biến đổi hoàn toànthành công.•Nguyên lý I cũng không cho thấy chất lượng của nhiệt. Thực tế chothấy cùng một nhiệt lượng, nhưng nếu lấy ở nguồn có nhiệt độ cao sẽcó chất lượng cao hơn nếu lấy ở nguồn có nhiệt độ thấp hơn.Như vậy, nguyên lý I không giải quyết được nhiều hiện tượng trongtự nhiên. Nguyên lý II sẽ khắc phục những hạn chế trên của nguyênlý I, cũng với nguyên lý I tạo thành một hệ thống lý luận chặt chẽ làmcơ sở cho việc nghiên cứu nhiệt học.II. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch 1. ịnh nghĩa: • Quá trình thuận nghịch là quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái 1 2 và ợc lại từ trạng thái 2 1 qua tất cả các trạng thái trung gian mà quá trình thuận đã đi qua. Quá trình thuận nghịch cũng là quá trình cân bằng. Kết quả là: Quá trình thuận và quá trình nghịch sẽ có Đồ thị trùng nhau. + Công và nhiệt hệ nhận được ở quá trình nghịch = công và nhiệt hệ cấp cho bên ngoài trong quá trình thuận. Do đó khi hệ trở về trạng thái ban đầu thì ờng xung quanh không thể xảy ra một biến đổi nào.• Quá trình không thuận nghịch là quá trình khi tiến hành theochiều nghịch 2 1, hệ ầy đủ các trạng thái trung gian nhưtrong quá trình thuận. Kết quả là trong quá trình không thuận nghịch khi hệ trở về trạngthái ban đầu thì môi trường xung quanh bị biến đổi.2. Ví dụ a. Quá trình thuận nghịch• ộng của con lắc không ma sát và nhiệt độ con lắc bằngnhiệt độ ờng – ộng điều hoà.• Quá trình nén giãn khí ạn nhiệt vô cùng chậm của pitton trongxylanh cách nhiệt với môi trường. Nói chung mọi quá trình cơ học không ma sát đều là quá trìnhthuận nghịch. b. Quá trình không thuận nghịch Thực nghiệm cho thấy các quá trình vĩ mô trên thực tế xảy rabao giờ cũng có ổi nhiệt với bên ngoài. Do đó các quá trình vĩmô thực tế ều là các quá trình không thuận nghịch. + Các quá trình cơ học có ma sát, luôn có sự biến đổi công thànhnhiệt => môi trường bị biến đổi. + Quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh hơn : để thực hiệnquá trình ngược lại nhiệt truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn phải có tácđộng bên ngoài (công cơ học chẳng hạn) ó là nguyên lý của máy lạnh. 3. Ý nghĩa của quá trình thuận nghịch:• Quá trình thuận nghịch là ởng không có trong thực tế.Trong thực tế chỉ xảy ra quá trình không thuận nghịch. Chiều biến đổi của các quá trình tự nhiên là tiến tới trạngthái cân bằng. Khi hệ ở trạng thái cân bằng thì không thể tự phátxảy ra quá trình đưa hệ tới trạng thái không cân bằng.• Quá trình thuận nghịch lợi nhất về ện công và nhiệt. chế tạo động cơ nhiệt, chế tạo máy để nó hoạt động theo cácquá trình càng gần với quá trình thuận nghịch sẽ có hiệu suất càngcao. III. Nguyên lý II nhiệt động lực học 1. Máy nhiệt• Máy nhiệt là một hệ hoạt động tuần hoàn biến đổi công thànhnhiệt hoặc ngược lại. + Tác nhân là chất vận chuyển làm nhiệm vụ biến đổi nhiệtthanh công hoặc ngược lại. Khi máy nhiệt hoạt động, tác nhân sẽthực hiệc việc trao đổi nhiệt với các vật có nhiệt độ khác nhau gọi làcác nguồn nhiệt. + Các nguồn nhiệt ợc coi là có nhiệt độ ổi và sựtrao đổi nhiệt không ảnh hưởng đến nhiệt độ của nó. Thường máynhiệt trao đổi nhiệt với hai nguồn nhiệt. Nguồn có nhiệt độgọi là nguồn nóng, nguồn có nhiệt độ thấp hơn gọi là nguồn lạnh.• Các máy nhiệt hoạt động tuần hoàn do các tác nhân biến đổitheo chu trình. a. ộng cơ nhiệt: Là loại máy nhiệt biến nhiệt thành côngmáy hơi nước, ộng cơ đốt trong. Tác nhân trong động cơ nhiệt biến đổi theo chu trình thuậnnghịch, ờng cong biểu diễn chu trình có chiều theo chiều kimđồng hồ (sinh công). A Q1 Q 2 Q 2Hiệu suất của động cơ nhiệt được định nghĩa: 1 Q1 Q1 ...