Bài 33. Các nguyên lí của nhiệt động lực học

CÁC NGUYÊN LÍ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

1. Nguyên lí I nhiệt động lực học (NĐLH)

Ta đã biết nội năng của một hệ có thể thay đổi bằng hai cách là truyền nhiệt và thực hiện công.

Nếu hệ đồng thời nhận được công và nhiệt thì theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng:

Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được

\(\Delta U=A+Q\)

Đây là một trong nhiều cách phát biểu nguyên lí I NĐLH.

Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công

• Q > 0 Hệ nhận nhiệt lượng
• Q < 0 Hệ truyền nhiệt lượng
• A > 0 Hệ nhận công
• A < 0 Hệ thực hiện công

2. Nguyên lí II nhiệt động lực học

a. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

Quá trình thuận nghịch

Quá trình thuận nghịch là quá trình trạng thái của vật tự trở về trạng thái ban đầu mà không cần đến sự can thiệp của vật khác.

Quá trình không thuận nghịch

Quá trình không thuận nghịch là quá trình trạng thái của vật chỉ có thể xảy ra theo một chiều xác định, không thể tự xảy ra theo chiều ngược lại. Muốn xảy ra theo chiều ngược lại phải cần đến sự tác động bên ngoài hệ.

b. Nguyên lí II nhiệt động lực học

• Cách phát biểu của Clau-di-út: nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn.
• Cách phát biểu của Các-nô: động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

c. Hiệu suất của động cơ nhiệt

Có thể dùng nguyên lí II NĐLH để giải thích nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt.

Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phân cơ bản là

• Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng
• Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân và các thiết bị phát động
• Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân tỏa ra

Hiệu suất của động cơ nhiệt là

 \(H=\frac{\left| A \right|}{{{Q}_{1}}}=\frac{\left| {{Q}_{1}}-{{Q}_{2}} \right|}{{{Q}_{1}}}<1\)

Trong đó:  \(Q_1\) là nhiệt lượng cung cấp cho bộ phận phát động (nhiệt lượng toàn phần)

                 \(Q_2\) là nhiệt lượng tỏa ra (nhiệt lượng vô ích)

                 \(A=Q_1-Q_2\) là phần nhiệt lượng chuyển hóa thành công