Bài giảng Kỹ thuật nhiệt - Chương 2.1 Định luật nhiệt động thứ nhất

NH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT 3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ 1 3.2 Công – Nhiệt lượng 3.3 ĐLNĐ 1 cho hệ kín p.1 3. ĐỊ ¾ Thực chất là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng ứng dụng trong phạm vi NHIỆT 3.1 Ý nghĩa ĐLNĐ thứ 1 Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc mất đi mà chỉ có thể chuyển từ dạng này sang dạng khác Tổng năng lượng của 1 hệ CÔ LẬP là không đổi 21 EE = p.2 constUNNE dt =++= Ut = 10 kJ Ud = 0 kJ Ut = 7 kJ Ud = 3 kJ h Động năngThế năng Nội năng mghNt = 2 2 1 ωmN đ = ),( xTfU = Ví dụ: p.3 Nói thêm về nội năng U ¾ Là năng lượng bên trong, gây ra do chuyển động và tương tác giữa các phân tử trong vật thể. Ví dụ: - đối với vật rắn p.4 constUNNE dt =++= ¾ Nếu hệ không trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT) với bên ngoài Chú ý 0=ΔEhay ¾ Nếu hệ có trao đổi năng lượng (CÔNG, NHIỆT) với bên ngoài 0≠Δ E p.5 Định luật nhiệt động thứ 1 WQE −=Δ Lượng biến đổi năng lượng của hệ Nhiệt lượng mà hệ NHẬN VÀO Công do hệ SINH RA ¾ Chú ý: - Khi thế năng và động năng hệ không thay đổi: - Q mang dấu dương (+) khi hệ nhận nhiệt âm (-) khi hệ sinh nhiệt -W mang dấu dương (+) khi hệ sinh công âm (-) khi hệ nhận công UE Δ=Δ p.7 Định luật nhiệt động thứ 1 – Ví dụ ¾ Vd 1: tính công suất động cơ gió 3/25.1 mkgkk =ρ P = ?? WQEEE −=−=Δ 12 Ptm −=− 02 10 21ω ( ) ( )kWW t mP 1766176625010*25.1* 4 60*10 2 1 2 1 222 1 ≈=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== πω p.8 ¾ Vd 2: làm nguội bình chứa bằng máy khuấy WQUUU −=−=Δ 12 ( ) ( ) ( )kJWQUU 40010050080012 =−−−+=−+= p.9 ¾ Vd 3: nhiệt tỏa ra từ tủ lạnh Qin=360 kJ/min Qout = ?? kWW 2=• ( ) ( ) 012 =−−−=−=Δ WQQUUU outin min/48060*23600 kJWQQWQQ inoutoutin =+=+=⇒=+− •••••• p.10 3.2 Công – Nhiệt lượng ¾ 3.2.1 Công: * Nếu lực thay đổi ( ) ( )JdxxFW ∫= 2 1 * Nếu lực không đổi ( )JxFW = p.11 Công = Công kỹ thuật + Công lưu động CÔNG KỸ THUẬT ¾ Công giãn nở (nén) trong hệ thống kín ¾ Công liên quan đến trục quay ¾ Công liên quan đến hiệu ứng điện ¾ Công lưu động trong hệ thống hở p.12 Công giãn nở (hoặc nén) trong hệ thống kín Công sinh ra khi chất môi giới thay đổi thể tích từ trạng thái 1 Æ 2 là: ∫= 2 1 12 V V pdVW pdVW =δ p.13 Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng áp p = const ∫= 2 1 12 V V pdVW ( )1212 VVpW −= p.14 Ví dụ về tính công giãn nở (nén) Trường hợp đẳng nhiệt T=const ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= == ∫ ∫ 1 2 1112 1 2 12 ln ln 2 1 2 1 V VVPW V VGRT V dVGRTpdVW V V V V V GRTp = (Khí lý tưởng) p.15 3.2.2 NHIỆT LƯỢNG A/ Tính Nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng B/ Tính Nhiệt lượng theo sự thay đổi Entrôpi p.18 A. Tính nhiệt lượng theo nhiệt dung riêng Q = Gc (t2-t1) trong đó: * Q (kJ): nhiệt lượng cung cấp cho quá trình * G (kg): khối lượng chất môi giới * c (kJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của quá trình * t1, t2 (oC): nhiệt độ đầu và cuối của quá trình p.19 Tóm tắt về nhiệt dung riêng (NDR) ¾ Định nghĩa: NDR của 1 chất được định nghĩa là năng lượng cần cung cấp để 1kg chất tăng thêm 1 độ C. ¾ Đơn vị: (kJ/kg.độ), (kcal/kg.độ) ¾ Phân loại: - cp: NDR đẳng áp - cv: NDR đẳng tích G Q t1 t2 Q G p p.20 Tính toán NDR - Quá trình đẳng tích (v = const) Q UΔ dTGcQdU v== v v T uc ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= - Quá trình đẳng áp (p = const) Q UΔ VpWKT Δ= pdVdTGcdUWQdU pKT −=⇒−= dTGcpVUd p=+ )( p p T ic ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ∂ ∂= * Chú ý: ta luôn có cp> cv A1. Tính NDR cho chất khí p.21 ™ Riêng đối với khí lý tưởng: RTpv = RTui += Vì u của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ ( )Tuu = ( )Tii = Suy ra: R dT du dT di += Rcc vp += v p c c k = được gọi là số mũ đoạn nhiệt của khí lý tưởng p.22 - Đối với chất lỏng và rắn: v = const Æ cp = cv = c ™ Nội năng: chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ ( ) ( )12 TTcudTTcdu TB −=Δ⇒= ™ Entanpi: vdpduvdppdvdupvuddi +=++=+= )( ( )kgkJpvTci TB /Δ+Δ=Δ - Chất rắn: pvΔ không đáng kể: Tcui TB Δ=Δ=Δ - Chất lỏng: + Quá trình đẳng áp: Tcui TB Δ=Δ=Δ + Quá trình đẳng nhiệt (BƠM): pvi Δ=Δ p p.23 A2. Tính NDR cho chất lỏng và chất rắn B. Tính nhiệt lượng theo sự thay đổi Entrôpi ¾ Lượng biến đổi entropi ds của 1 kg khối lượng chất môi giới trong 1 quá trình thuận nghịch đuợc tính theo công thức: T qds δ= ∫= 2 1 dsTq s 1 2 T a b Q bằng diện tích a12b p.24 2.3 Định luật Nhiệt động thứ 1 cho hệ KÍN Q WKT EΔ Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng: KTKT WQEWEQE −=Δ⇒+=+ 21 các hệ nhiệt động kín, thường không có sự thay đổi về động năng và thế năng: UE Δ=Δ Trong KTWQU −=Δ p.25