Vật lý - Chương I: Những khái niệm cơ bản

CHƯƠNG I. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢNI.1. Một số khái niệmI.2. Các thông số trạng thái của môi chấtI.3. Phương trình trạng thái của chất khíI.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢNI.1.1. Thiết bị nhiệtI.1.2.1. Động cơ nhiệtI.1.2. Phân loạiXy lanhPistonI.1.2.3. Nhóm các thiết bị khácLLQ1 = L + Q2Q2Q1 = L + Q2Q2Phòng ấm (Td: 30 0C)Môi trường ( Td: 5 0C)Kho lạnh (Td: - 30 0C)I.1.2.2. Máy lạnh, bơm nhiệtI.1.3. Hệ thống nhiệt độnga. Khái niệm Hệ thống kín Hệ thống hở Hệ thống đoạn nhiệt Hệ thống cô lập I.1.4. Khái niệm về môi chất (chất môi giới)I.1.5. Nguồn nhiệtĐể truyền tải, trao đổi, chuyển hoá nhiệt năng ngoài hệ thống thiết bị nhất thiết phải có một chất trung gian gọi là chất môi giới hay môi chất. Nguồn nhiệt là các đối tượng trao đổi nhiệt trực tiếp với chất môi giới. Nguồn có nhiệt độ thấp gọi là nguồn lạnh; nguồn có nhiệt độ cao hơn gọi là nguồn nóng.I.2. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CỦA MÔI CHẤTI.2.1. Định nghĩa thông số trạng tháiI.2.2. Các TSTT của môi chất a. Nhiệt độ Khái niệm- Đặc trưng cho tính nóng lạnh của vật- Đặc trưng cho tốc độ chuyển động của các phân tử Thang đo nhiệt độ bách phân (Cencius):oC Thang đo nhiệt độ-Trạng thái nước đá đang tan ở p=760mmHg: 0oCTrạng thái nước sôi ở p=760mmHg: 100oCChia thang đo ra 100 phần bằng nhau thì tương ứng với 1/100 = 1oC Thang đo nhiệt độ tuyệt đối (Kelvil):oK0oCtoCToK-273oC0oK273oKtoCToKToK= toC + 273 Faranhiet(oF), Rankine(oR)- Độ lớn 10F bằng độ lớn 10R bằng 5/9 độ lớn của 10C và bằng 5/9 độ lớn 10K - Ở trạng thái nước đá đang tan: t = 00C, T = 2730K, T = 320F = 4620R b. Áp suất chất khí Khái niệm áp suấtHệ thống đơn vị đoHệ thống Pascal(Pa)1Pa=1N/m2; 1kPa=103Pa; 1MPa=106PaHệ thống bar1Bar=105Pa Hệ thống atmosphere (at) 1at=0,981Bar1kG/cm2=1(at) Hệ thống mmH2O, mmHg(Tor) Quan hệ giữa các hệ thống đơn vị đoppdpkqNếu p>pkq thì p=pd + pkqCách đo áp suất- Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p lớn hơn áp suất khí quyển: pkqpckpNếu p<pkq thì p=pkq- pck- Trường hợp áp suất thực (tuyệt đối) p nhỏ hơn áp suất khí quyển: c. Thể tích riêng Manomet: đo áp suất thừa (dư): pd Baromet: đo áp suất khí quyển: pkq Chân không kế đo áp suất chân không: pckd. Nội năng của chất khíKhái niệm: Nội năng = nội động năng + nội thế năngVới 1(kg) môi chất-Kí hiệu là u(J/kg)Với G(kg) môi chất-Kí hiệu là U=G.u(J)Như vậy: u=ut+uvut- Nội động năng; uv-Nội thế năngVới khí lý tưởng uv=0 nên u=utXác định biến thiên nội năng: u=u2-u1Khí lý tưởng với mọi quá trình: du=CvdtCv- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng tíchVới khí lý tưởng Cv=const nên u=CvTe. Entanpi-Nhiệt hàmKhái niệm: i=u+pv (J/kg) hoặc h=u+pv I=G.i= U+pV (J)- Xác định biến thiên entanpi: i=i2-i1Khí lý tưởng với mọi quá trình: di=CpdtCp- Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng ápVới khí lý tưởng Cp=const nên i=CpTf. Entropidq - Nhiệt lượng của quá trình;(J/kg) T - Nhiệt độ của chất khí (0K) I.3. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁII.3.1. Khái niệmMột trạng thái của môi chất được xác định bởi các thông số trạng thái. Vậy phương trình trạng thái là biểu thức toán học mô tả mối quan hệ giữa các thông số trạng thái ở một trạng thái xác định. Dưới đây chúng ta xét phương trình trạng thái chỉ đối với trạng thái cân bằng.I.3.2. PTTT của khí lý tưởng Viết cho 1 kg môi chất: pv = RT p [N/m2]; v [m3/kg]; T [0K]; R [J/kgK]. Khái niệm khí lý tưởngTất cả các chất khí đều là khí thực chỉ riêng một số chất khí có các tính chất: Thể tích và khối lượng bản thân phân tử nhỏ, khoảng cách giữa các phân tử lớn nên lực tương tác giữa chúng là nhỏ người ta có thể bỏ qua và coi chúng là khí lý tưởng. b. Viết cho G (kg) môi chất: Gpv=GRTGv=V[m3]-Thể tích toàn bộ môi chất.c. Viết cho 1Kilomol (Kmol) môi chất: Khái niệm Kmol: 1Kmol=µ(kg) µpv = µRT p.Vµ = RµT Thay vào PTTT ta xác định được: Rµ = 8314[J/Kmol0K]; Định luật Avogadro: to=0oC, po=760mmHg,Vµ=22,4[m3/Kmol]; I.3.3. Tính toán hỗn hợp khí lý tưởnga. Khái niệm:Hỗn hợp khí lý tưởng bao gồm ít nhất từ hai đơn chất khí lý tưởng kết hợp với nhau, chúng được coi là một đơn chất khí lý tưởng tương đương khi giữa chúng chỉ kết hợp với nhau về mặt cơ học mà không có các phản ứng hoá học xảy ra. b. Thành phần hỗn hợp: Thành phần khối lượng: giThành phần khối lượng của một chất khí i trong hỗn hợp là tỷ số giữa khối lượng của chất khí đó (Gi) với khối lượng của hỗn hợp G gi=Gi/G ; % G = G1 + G2 ++ Gi+ + Gn=∑Gi Thành phần thể tích: riThành phần thể tích của một chất khí trong hỗn hợp là tỷ số giữa phân thể tích của chất khí đó vi với thể tích của hỗn hợp v. Ta ký hiệu thành phần thể tích là ri. vi- phân thể tích của chất khí i Khái niệm phân thể tích vio x o x o x x o x o x oo o o o o ox x x x x xp, T, G, vp, T, Ga, vap, T, Gb, vbKhí a: oKhí b: xv=va+vb Thành phần mol: Vi=mi.Vi V=m.V Vi= V Thành phần áp suất:Định luật Dantol: p=p1+p2++pi++pn Quan hệ giữa các thành phần:PT Redlich-Krong: I.3.4. PTTT của khí thựcPT Vander Walls: (p + a/v2)(v - b) = RT a, b, n: Các hệ số thực nghiệm