Giáo trình - Nhiệt động lực học - chương 3

Chương 3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I VÀ CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ 3.1. Định luật nhiệt động I 3.1.1. Nội dung và ý nghĩa Định luật nhiệt động một là định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt. Nhiệt năng có thể được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác. Một lượng nhiệt năng bị tiêu hao thì sẽ có một lượng xác định năng lượng khác được hình thành và tổng năng lượng của hệ thống không thay đổi. Định luật nhiệt động thứ nhất đề cập...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình - Nhiệt động lực học - chương 3 Chương 3 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG I VÀ CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN CỦA CHẤT KHÍ 3.1. Định luật nhiệt động I 3.1.1. Nội dung và ý nghĩa Định luật nhiệt động một là định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt. Nhiệt năng có thể được chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác. Một lượng nhiệt năng bị tiêu hao thì sẽ có một lượng xác định năng lượng khác được hình thành và tổng năng lượng của hệ thống không thay đổi. Định luật nhiệt động thứ nhất đề cập tới việc biến hóa giữa nhiệt và công và được đươc phát biểu: Nhiệt có thể có thể biến thành công và ngược lại công cũng có thể biến thành nhiệt. 3.1.2. Phương trình định luật nhiệt động I a. Dạng tổng quát của phương trình định luật nhiệt động I Giả sử môi chất trong hệ nhận nhiệt lượng Q từ môi trường, lúc này năng lượng toàn phần của hệ sẽ biến đổi một lượng ∆W = W2 - W1 và hệ có thể sinh công ngoài Ln12 tác dụng tới môi trường. Từ nhận xét này và theo định luật bảo toàn và biến hóa năng lượng ta có phương trình cân bằng năng lượng như sau: Q = ∆W + Ln12 (3-1) q = ∆w + ln12 (3-2) b. Phương tŕnh định luật nhiệt động I đối với hệ kín và hở v Đối với hệ kín: Theo các biểu thức (2-38) và (2-56) ta có: ∆wk = ∆u và ln12 = l12 Thay vào (3-2) ta có: q = ∆u + l12 dq = du + vdp (3-3) Ta biết hệ kín: i = u + pv nên u = i - pv và du = di - pdv - vdp Thay vào (3-3) ta có: dq = di – vdp = di + dlkt (3-4) v Đối với hệ hở: Theo (2-40) ta có: ∆ω 2 ∆wh = ∆i + + g.∆h (3-5) 2 Thay vào (3-2) ta có: 32PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com ∆ω 2 q = ∆i + + g.∆h + ln12 2 ∆ω 2 + g.∆h Mặt khác kết hợp (2-57): lkt12 = ln12 + 2 Do đó: q = ∆i + lkt12 (3-6) dq = di + dlkt (3-7) Nếu bây giờ ta thay i = u + pv hay di = du + pdv + vdp vào (3-7) ta lại có biểu thức: dq = du + pdv + vdp - vdp = du + pdv dq = du + dlkt (3-8) Khi thay các quan hệ du = CvdT; di = CpdT vào (3-3) và (3-4) ta có dạng phương trình định luật nhiệt động I dùng cho cả hệ kín và hệ hở của khí lý tưởng. dq = CvdT + pdv (3-9) dq = CpdT - vdp (3-10) c. Phương trình định luật nhiệt động I cho dòng khí hoặc hơi chuyển động Dòng khí chuyển động trong các ống dẫn là một hệ hở khi không thực hiện công ngoài với môi trường (ln12 = 0). Từ đó phương trình định luật nhiệt động I theo (3-2) ta có: ∆ω 2 q = ∆w = ∆i + + g.∆h 2 Ở đây: ∆h = h2 - h1 là hiệu số giữa chiều cao so với mặt đất của đoạn ống khi ra và khi vào của dòng khí. Vì ∆h thường là nhỏ cho nên biến đổi thế năng g∆h cũng có giá trị rất nhỏ so với biến đổi động năng và entanpi và thường được bỏ qua g∆h ≈ 0. Vậy phương trình định luật nhiệt động I cho dòng khí sẽ là: ∆ω 2 q = ∆w = ∆i + (3-11) 2  ω2  dq = di + d   (3-12) 2 d. Phương trình định luật nhiệt động I đối với các quá trình hỗn hợp Khi hỗn hợp các chất khí không thực hiện công đối với môi trường (ln = 0) và giả thiết rằng không trao đổi nhiệt với môi trường (dq = 0). Vậy từ dạng tổng quát của phương trình định luật nhiệt động I ta có: ∆W = 0 ; Wh1 = Wh2 = const (3-13) Ở đây: ...