Giáo trình Nhiệt kỹ thuật

Cao ®¼ng nghÒ C«ng nghiÖp Thanh Hãa thùc hiÖn biªn so¹n c¸c gi¸o tr×nh phôc vô cho viÖc gi¶ng d¹y vµ häc tËp trªn c¬ së tËp hîp vµ chän läc c¸c gi¸o tr×nh tiªn tiÕn ®ang ®-îc gi¶ng d¹y t¹i mét sè tr-êng cã bÒ dµy truyÒn thèng thuéc c¸c ngµnh nghÒ kh¸c nhau. Cuèn “Gi¸o tr×nh nhiÖt kü thuËt” ®-îc biªn so¹n trªn c¬ së ®óc rót nh÷ng kinh nghiÖm cña c¸c gi¸o tr×nh vµ kinh nghiÖm gi¶ng d¹y cña c¸c gi¸o viªn. Nội dung môn học Nhiệt kỹ thuật nghiên cứu các quy luật về nhiệt động của khí, hơi nước và các đại lượng đặc trưng của nó, chu trình động cơ đốt trong và các dạng truyền nhiệt ....Gi¸o tr×nh cßn giúp sinh viên có điều kiện tự học, tự nghiên cứu môn học này trong quá trình học tập và vận dụng để giải quyết các bài tập của môn học và thực tế sản xuất. Các kiến thức trong gi¸o tr×nh này được trình bày ngắn gọn, đảm bảo thể hiện những kiến thức chính, quan trọng của môn học. Các công thức được trình bày có hệ thống, đầy đủ, rõ ràng, bám sát chương trình của môn học. MÆc dï ®· cã nhiÒu cè g¾ng trong qu¸ tr×nh biªn so¹n nh-ng kh«ng thÓ tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt nhÊt ®Þnh, rÊt mong ®-îc b¹n ®äc gãp ý ®Ó gi¸o tr×nh ®-îc hoµn thiÖn h¬n trong lÇn t¸i b¶n sau. Tổ bộ môn 3 Chương I KHÁI NIỆM VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN 1. Những khái niệm và thông số cơ bản 1.1. Nhiệt động học và phương pháp nghiên cứu nhiệt động học Nhiệt động học là môn khoa học nghiên cứu những quy luật biến đổi năng lượng trong các quá trình biến đổi nhiệt năng thành công. Môn nhiệt động học được xây dựng trên cơ sở hai định luật thực nghiệm: Định luật nhiệt động thứ nhất và định luật nhiệt động thứ hai. - Định luật nhiệt động thứ nhất thực chất là định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng ứng dụng trong phạm vi nhiệt, nó đặc trưng về mặt số lượng của những quá trình biến đổi năng lượng. - Định luật nhiệt thứ hai xác định chiều hướng và mức độ tiến hành các quá trình xảy ra trong tự nhiên. Đặc trưng cho mặt chất lượng của những quá trình biến hoá năng lượng. - Dựa trên hai định luật này, bằng phương pháp toán học có thể rút ra những kết luận cơ bản của nhiệt động học. 1.2. Những khái niệm cơ bản 1.2.1. Công và nhiệt lượng Khi các vật tác dụng lẫn nhau, chúng truyền cho nhau một năng lượng nào đó. Sự truyền năng lượng này có thể thực hiện bằng hai cách: a. Thực hiện công của vật này đối với vật kia, khi đó năng lượng của một vật tăng lên một lượng bằng công nhận từ vật kia. Công trong nhiệt động kỹ thuật được ký hiệu là l(j/kg) đối với 1kg môi chất và L(j) đối với G(kg) Quy ước công do vật sinh ra là dương, công do vật nhận vào là âm. 4 b. Năng lượng truyền từ vật nóng sang vật lạnh khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau, năng lượng trao đổi dưới dạng này gọi là nhiệt lượng. Nhiệt lượng ký hiệu là q(j/kg) đối với 1(kg) môi chất và Q(j) đối với G(kg), quy ước nhiệt lượng do vật nhận được là dương, nhiệt lượng do vật toả ra là âm. Đơn vị đo công và nhiệt lượng ngoài jun còn đo bằng Calo (ký hiệu Cal). 1 Cal = 4,1868 J, bội số của Cal là KCal. 1KCal = 10 3 Cal. 1.2.2. Chất môi giới và trạng thái của chất môi giới - Để thực hiện quá trình biến hoá năng lượng giữa nhiệt và công trong kỹ thuật người ta phải dùng một chất trung gian gọi là chất môi giới. - Chất môi giới có thể ở thể khí, lỏng hay rắn. - Trong các động cơ nhiệt chất môi giới thường ở thể khí, vì thể khí có khả năng thay đổi thể tích lớn, do đó có khả năng sinh công lớn. - Ở những điều kiện khác nhau, chất môi giới ở trạng thái khác nhau. Các đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái của chất môi giới gọi là thông số trạng thái của chất môi giới. ë mỗi trạng thái xác định thông số trạng thái là những đại lượng xác định. - Các thông số trạng thái: áp suất, nhiệt độ và thể tích riêng. 1.2.3. Cân bằng nhiệt động - Nếu trạng thái của hệ nhiệt động không thay đổi theo thời gian nghĩa là nếu ở hai thời điểm khác nhau tính chất của hệ như nhau, ta nói hệ đang ở trạng thái cân bằng nhiệt động đơn giản là trạng thái cân bằng. - Khi ở trạng thái cân bằng không có trao đổi nhiệt và dịch chuyển cơ học, nghĩa là nhiệt độ và áp suất ở mọi thời điểm trong hệ bằng nhau. (Không có cân bằng tuyệt đối). 5 2. Hệ nhiệt động và các thông số trạng thái của chất môi giới 2.1. Hệ nhiệt động - Tập hợp tất cả các vật có trao đổi nhiệt, công lẫn nhau và với môi trường xung quanh gọi là hệ nhiệt động. - Nếu hệ nhiệt động không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh gọi là hệ đoản nhiệt, hệ không trao đổi nhiệt và công với môi trường xung quanh gọi là hệ cô lập. - Hệ kín là hệ không trao đổi chất với môi tr-êng xung quanh. - Hệ hở là hệ có trao đổi chất với môi tr-êng xung quanh. 2.2. Các thông số trạng thái 2.2.1. Áp suất - Áp suất là lực tác dụng của các phân tử chất khí theo phương pháp tuyến lên một đơn vị diện tích thành bình chứa chất khí đó. P = F/S (1.1) Trong đó F: Tổng lực tác dụng lên các phân tử khí lên thành bình chứa (N) S: Diện tích thành bình chứa chất khí (m2) P: Áp suất chất khí. - Đơn vị đo áp suất N/m2, bar (1bar = 105N/m2). Ngoài ra người ta còn đo áp suất bằng atmotfe (at), chiều cao cột thuỷ ngân (mm Hg) và milimét nước (mm H2O). - Quan hệ giữa các đơn vị đo: 1 at = 0,981 bar = 735,6 mm Hg = 10 mm H2O. 1 bar = 750 mm Hg. - Đo áp suất dùng 3 loại dụng cụ đo: + Manomet: Đo phần áp suất chất khí lớn hơn áp suất khí trời, gọi là áp suất P P t P k t 6 thừa tức là hiệu giữa áp suất tuyệt đối và áp suất khí trời, ký hiệu là Pt. + Baromet: Dùng để đo áp suất khí trời, ký hiệu là Pkt. + Chân không kế: Đo phần áp suất của chất khí nhỏ hơn áp suất khí trời, ký hiệu là PCck. - Áp suất tuyệt đối: P = Pkt + Pt. (1.2) Trị số áp suất tuyệt đối bằng tổng số đo bằng 2 dụng cụ Baromet và Manomet. - Nếu áp suất bé hơn áp suất khí trời dùng Baromet và chân không kế. Áp suất tuyệt đối là: P = Pkt - Pck. (1.3) 2.2.2. Nhiệt độ - Nhiệt độ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái nhiệt của vật chất, nó biểu thị tốc độ chuyển động (hay động năng) của các phần tử vật chất. - Có nhiều nguyên tắc đo nhiệt độ khác nhau: Giãn nở chất lỏng (nhiệt kế thủy ngân, nhiệt kế rượu ...) Nhiệt tiếp xúc (cặp nhiệt). - Hiện nay sử dụng thang đo nhiệt độ bách phân và nhiệt độ tuyệt đối. + Nhiệt độ bách phân còn gọi là nhiệt độ Censius, ký hiệu t, đơn vị C (0 tương ứng với nước đá đang tan; 100 tương ứng với nước sôi ở áp suất tiêu chuẩn P = 760 mmHg). Từ 0C  100C chia 100 phần bằng nhau, mỗi phần tương ứng với 1C. + Nhiệt độ tuyệt đối còn gọi nhiệt độ Kenvin, ký hiệu là T, đơn vị là K. - Quan hệ giữa hai thang nhiệt độ: T(K) = t(C) + 273 (1.4) P k t P c k P 7 Chú ý: Một độ trong nhiệt độ bách phân cũng tương ứng với một độ trong nhiệt độ tuyệt đối. 2.2.3. Thể tích riêng - Thể tích riêng là thể tích của một đơn vị khối lượng. Ký hiệu là v đơn vị (m3/kg). - Nếu một lượng khí có khối lượng G kg thể tích là V(m3), thì thể tích riêng sẽ là: kgm G V v 3 (1.5) - Đại lượng nghịch đảo của thể tích riêng là khối lượng riêng: 3mkg V G v 1  (1.6) 2.2.4. Nội năng - Bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng bao gồm nhiều vật tác dụng lẫn nhau đều có năng lượng tổng (E) bằng động năng của toàn hệ đặc trưng cho sự chuyển động của toàn bộ hệ (Eđ), thế năng của toàn hệ đặc trưng cho vị trí của toàn bộ hệ trong một trường nào đó (Et) và nội năng toàn hệ U được đặc trưng bởi năng lượng của các phần tử nhỏ bế cấu tạo nên hệ: E = Eđ + Et + U. - Nội năng U = Uđ + Ut + Nội động năng Uđ là tổng của động năng tịnh tiến với động năng quay của các nguyên tử và phân tử là năng lượng chuyển động dao động của các nguyên tử trong phân tử. Theo thuyết động học phân tử, nội động năng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ và tăng lên khi nhiệt độ tăng (U0đ = 2 iRT , trong đó U0đ là nội năng của 1 Kmol khí, i là số bậc tự do của phân tử khí, R là hằng số chất khí, T là nhiệt độ tuyệt đối của chất khí). 8 + Nội thế năng Ut là thế năng của lực liên kết giữa các phân tử và nguyên tử, nội thế năng phụ thuộc vào khoảng cách giữa các phân tử, tức phụ thuộc vào thể tích riêng của khối khí, khi thể tích riêng của khối khí thay đổi, khoảng cách giữa các phân tử thay đổi, do đó thế năng cũng thay đổi. + Nội năng của chất khí phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích riêng của chất khí đó, tức phụ thuộc vào thông số nội năng là một thông số trạng thái. + Nếu ký hiệu U là nội năng của 1 kg chất khí ta có thể viết: U = f(T, V) (1.7) Đối với chất khí lý tưởng, không có lực tương tác giữa các phân tử nên nội thế năng bằng không (Ut = 0). Do đó nội năng của khí lý tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. U = f(T) (1.8) Nội năng là một thông số trạng thái nên độ biến thiên của nội năng không phụ thuộc vào đặc tính của quá trình thay đổi trạng thái. Độ biến thiên nội năng của chất khí đi theo những quá trình khác nhau, nhưng có cùng trạng thái đầu và trạng thái cuối bằng nhau. Trên đồ thị, hình vẽ các quá trình: 1b2, 1c2, 1d2 ... có cùng trạng thái đầu và trạng thái cuối sẽ có cùng một lượng thay đổi nội năng.    1122 12 2 1 dcba V,PV,P UUdUUUUU ff    Trong nhiệt động học không yêu cầu xác định giá trị tuyệt đối của nội năng mà chỉ cần tính độ biến thiên nội năng U. Giá trị nội năng cho trong các sổ tay kỹ thuật thực ra là hiệu số U - U0, với U0 được quy ước 0 V b d c 2 1 P a 9 bằng 0 ở một điều kiện nào đó, thí dụ đối với nước, theo quy ước Quốc tế chọn U0 = 0 ở 0,01C và áp suất bằng 0,006228 at (trạng thái này là điểm ba của nước). Giá trị U0 được chọn tùy ý và không ảnh hưởng đến trị số biến thiên của U. 2.2.5. Entanpi Đối với 1kg, entanpi được kí hiệu là i, đối với Gkg kí hiệu I, và được định nghĩa bằng biểu thức: i = u + pv (j/kg) I = G.i = G(u + pv) = U + pV (J) Đối với khí thực thì entanpi cũng như nội năng là hàm trạng thái phụ thuộc vào nhiệt độ và thể tích I = f(T,v) Đối với khí lý tưởng, lực tương tác giữa các phân tử bằng không, do đó entanpi chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ T, nghĩa là I = f(T). Trong mọi quá trình, entanpi được xác định bằng: di = CPdT và i = Cp(T2 – T1 ) 2.2.6. Entropi Theo nhiệt động học thường gặp tỷ số: T dq ds  (1.9) Trong đó dq là nhiệt lượng tham gia vào một quá trình vô cùng bé nào đó, S được gọi là Entrôpi đơn vị đo KJ/Kg.độ. Entrôpi là một thông số trạng thái còn gọi là hàm số trạng thái. Độ biến thiên của Entrôpi không phụ thuộc vào đặc tính của quá trình thay đổi trạng thái của chất khí mà phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối của quá trình. 0 a b P 1 V 2 c d 10 Trên đồ thị sự biến thiên Entrôpi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 theo quá trình 1a2, 1b2, ... là bằng nhau. S = (S2 - S1)a = (S2 - S1)b = (S2 - S1)c = ... = S2 - S1 2.2.7. Execgi Là năng lượng có ích tối đa mà môi chất có thể nhận được để tiến đến trạng thái cân bằng với môi trường bên ngoài. Ký hiệu: e với e = (i - i0) T0 (S - S0) i: entanpi ë tr¹ng th¸i cÇn x¸c ®Þnh i0: entanpi ë tr¹ng th¸i c©n b»ng T0: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi ë tr¹ng th¸i c©n b»ng S : entr«pi ë tr¹ng th¸i cÇn x¸c ®Þnh S0: entr«pi ë tr¹ng th¸i c©n b»ng 3. Ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ 3.1. KhÝ thùc vµ khÝ lý t-ëng Mäi chÊt khÝ cã trong tù nhiªn lµ khÝ thùc, chóng do c¸c ph©n tö, nguyªn tö t¹o thµnh. C¸c nguyªn tö, ph©n tö cã thÓ tÝch b¶n th©n gi÷a chóng cã lùc t-¬ng t¸c lÉn nhau. ChÊt khÝ kÝch th-íc b¶n th©n ph©n tö vµ nguyªn tö rÊt bÐ so víi kho¶ng c¸ch gi÷a chóng. §Ó tiÖn viÖc nghiªn cøu bá qua lùc t-¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö, nguyªn tö chÊt khÝ vµ thÓ tÝch b¶n th©n cña chóng, chÊt khÝ nh- vËy gäi lµ khÝ lý t-ëng. 3.2. §Þnh luËt Av«ga®r« - ë cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, thÓ tÝch Kmol cña tÊt c¶ c¸c khÝ lý t-ëng ®Òu b»ng nhau. - Mét Kilomon (viÕt t¾t Kmol) lµ mét ®¹i l-îng khi cã M kg - Trong ®ã M lµ trÞ sè ph©n tö l-îng cña chÊt khÝ ®ã. ThÓ tÝch Kmol lµ thÓ tÝch cña M kg khÝ. 11 - Trong ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn, tøc ë ¸p suÊt P = 760 mmHg hoÆc lµ 1at, nhiÖt ®é 0C thÓ tÝch Kmol cña tÊt c¶ c¸c chÊt khÝ ®Òu b»ng nhau vµ b»ng 22,4 m3. 3.3. Ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ - Tr¹ng th¸i c©n b»ng ®-îc x¸c ®Þnh hoµn toµn b»ng hai th«ng sè ®éc lËp, thÝ dô P vµ t, P vµ v, t vµ v v.v... C¸c th«ng sè cßn l¹i cã thÓ x¸c ®Þnh theo hai th«ng sè ®· cho. Mèi quan hÖ hµm sè: f(P, v, t) = 0. Gäi lµ ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ - §-îc øng dông réng r·i. 3.3.1. Ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ lý t-ëng - Ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ®èi víi 1 kg khÝ lý t-ëng: Pv = RT (1.10) Trong ®ã: P: ¸p suÊt tuyÖt ®èi N/m2 (pa) v: ThÓ tÝch riªng m3/kg R: H»ng sè chÊt khÝ J/kg.0K T: NhiÖt ®é tuyÖt ®èi K - NÕu khèi khÝ cã khèi l-îng G kg, ta cã: P.G.v = G.R.T Do G.v = V lµ thÓ tÝch cña G kg khÝ. Do ®ã: P.V = GRT (1.11) - §èi víi 1 Kmol khÝ, nh©n 2 vÕ ph-¬ng tr×nh 1.10 víi M kg, ta cã: P.v.M = M.R.T NÕu ký hiÖu v.M = VM: ThÓ tÝch cña G(Kmol) khÝ, ta cã: P.VM = M.T.T (1.12) - Trong ®ã M.R = RM: Gäi lµ h»ng sè phæ biÕn chÊt cña chÊt khÝ. - øng dông cña ®Þnh luËt Avoga®r« vµ thay c¸c gi¸ trÞ cña c¸c th«ng sè ë tr¹ng th¸i tiªu chuÈn (P = 1,013 bar; T = 273,15K) vµo ph-¬ng tr×nh 1.12 8314 15,273 4,22.105.013,1 T V.P R  MM N.m/Kmol. 0K 12 RM = 8314 J/Kmol. 0K (1.13) - H»ng sè cña chÊt khÝ kh«ng phô thuéc vµ tr¹ng th¸i cña chÊt khÝ. - H»ng sè chÊt khÝ ®èi víi 1 kg khÝ lµ MM 8314R  J/kg.®é (1.14) - Thay gi¸ trÞ cña RM vµo 1.12 ta ®-îc: P.VM.M = M.8314T (1.15) hay PV = M.8314T (1.16) Trong ®ã M lµ tæng sè Kmol. Ph-¬ng tr×nh 1.16 cßn gäi lµ ph-¬ng tr×nh Clap©yr«ng - Men®ªlªÐp. 3.3.2. Ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc - Bëi khÝ thùc kh«ng thÓ bá qua ®-îc lùc t-¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö, nguyªn tö vµ thÓ tÝch b¶n th©n cña chóng, nªn kh«ng thÓ øng dông ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña khÝ t-ëng. - D¹ng ph-¬ng tr×nh khÝ thùc rÊt phøc t¹p, cho ®Õn nay vÉn ch-a cã ph-¬ng tr×nh nµo rót ra tõ lý luËn cã thÓ øng dông cho tÊt c¶ c¸c chÊt khÝ vµ ®óng víi c¸c vïng tr¹ng th¸i kh¸c nhau. - Vµo c¸c n¨m kho¶ng 1937  1946, nhµ vËt lý ng-êi Mü J. Maye ®ång thêi víi viÖn sü to¸n häc Liªn X« N. N. B«g¬liubèp b»ng ph-¬ng ph¸p thèng kª ®· ®-a ra d¹ng tæng qu¸t cña ph-¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc:      n 1i iin 1i i i R.g R r 1 R (1.17) Trong ®ã Bi lµ hÖ sè phô thuéc nhiÖt ®é (cßn gäi lµ hÖ sè Vªrial). Khi V  , ph-¬ng tr×nh 1.12 cã d¹ng: Pv = RT - Ph-¬ng tr×nh ®¬n gi¶n khÝ thùc cña Van®ÐcVan ®Ò ra n¨m 1873:   RTbv v a P 2        (1.18) 13 Trong ®ã ( 2v a ) lµ trÞ sè hiÖu chØnh kÓ ®Õn lùc t-¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö, nguyªn tö, gäi lµ ¸p suÊt néi; h»ng sè a, b ®-îc x¸c ®Þnh theo tõng chÊt khÝ. IV. NHẬN DẠNG PHÂN BIỆT CÁC THÔNG SỐ VÀ TRẠNG THÁI 1. Trạng thái cân bằng Trong cơ học, ta biết rằng trạng thái cân bằng của một vật là trạng thái mà vật đó đứng yên đối với một hệ quy chiếu quán tính nhất định. Trong nhiệt động lực học khái niệm trạng thái cân bằng của một hệ là trạng thái trong đó các đại lượng vĩ mô (p, V, T) xác định trạng thái của hệ là không thay đổi. Những đại lượng xác định trạng thái của một vật còn gọi là thông số trạng thái. Ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học không thể xảy ra các hiện tượng truyền nhiệt, các phản ứng hóa học, biến đổi trạng thái giữa khí, lỏng, rắn. Trạng thái cân bằng nhiệt động lực học khác với trạng thái cân bằng cơ học ở chỗ là mặc dù các đại lượng vĩ mô đặc trưng cho hệ không đổi nhưng các phần tử cấu tạo nên hệ vẫn không ngừng chuyển động hỗn loạn. Chẳng hạn một hệ gồm một chất lỏng, đựng trong bình kín, trên mặt của chất lỏng có hơi bão hoà của nó. Hệ này ở trạng thái cân bằng nên các đại lượng p, V, T là không đổi. Tuy nhiên bên trong hệ vẫn có những phân tử bay hơi ra khỏi chất lỏng và ngược lại cũng có những phân tử thuộc phần hơi bão hoà bay trở lại vào chất lỏng. Dĩ nhiên số phân tử bay ra và bay trở vào chất lỏng trong cùng một thời gian nào đấy phải bằng nhau. Chất khí ở trạng thái cân bằng thì nhiệt độ của nó tại mọi điểm của nó đều giống nhau và không đổi theo thời gian. Tuy nhiên tại một miền nhỏ nào đó trong không gian và ở một thời điểm nhất định nào đấy, các phân tử chất khí có thể có động năng trung bình lớn hơn động năng 14 trung bình các phân tử chất khí ở những miền khác. Do đó nhiệt độ ở miền nhỏ nói trên có thể lớn hơn nhiệt độ ở các miền khác. Như vậy, sẽ xảy ra sự dẫn nhiệt từ miền có nhiệt độ cao đến miền có nhiệt độ thấp. Sự dẫn nhiệt này chỉ có thể xảy ra trong một phạm vi không gian nhỏ so với toàn bộ thể tích chất khí. Ta thấy tuy rằng chất khí được giữ ở trạng thái cân bằng nhưng giá trị áp suất không phải hoàn toàn bất biến mà dao động ít nhiều chung quanh giá trị trung bình. Những dao động nhỏ như vậy được gọi là những thăng giáng. Như vậy có hai đặc điểm của trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. 1. Ở trạng thái cân bằng thong số trạng thái không nhất thiết có một giá trị hoàn toàn không đổi mà có những giá trị thay đổi quanh gia strij cân bằng. 2. Chỉ có thể nói đến trạng thái cân bằng nhiệt động lực học trong trường hợp hệ cấu tạo bởi một số rất lớn các hạt phần tử hoặc nguyên tử. Cuối cùng ta cần phân biệt trạng thái cân bằng và trạng thái dừng. Giả sử có một thanh kim loại mà hai đầu thanh được giữ ở hai nhiệt độ xác định và khác nhau. Ta nói rằng trong thanh kim loại có trạng thái dừng chứ không có trạng thái cân bằng vì rằng bên trong thanh kim loại đã xảy ra quá trình truyền nhiệt (vĩ mô) từ phần có nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn. Trạng thái dừng có liên quan đến sự cung cấp nhiệt ổn định từ các nguồn. Vậy có thể rút ra một định nghĩa đầy đủ hơn về trạng thái cân bằng nhiệt động lực học . Ðó là trạng thái của một hệ mà các thông số trạng thái của hệ không thay đổi và trạng thái của hệ không thay đổi, trong hệ 15 không xảy ra các quá trình như dẫn nhiệt, khuếch tán, phản ứng hóa học, chuyển pha.v.v... 2. Quá trình chuẩn cân bằng Khi một hệ biến đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, một chuổi các trạng thái nối tiếp nhau xảy ra, tạo nên một quá trình. Những trạng thái nối tiếp nhau này là những trạng thái cân bằng vì sự biến thiên của các thông số trạng thái theo thời gian là đủ chậm so với khoảng thời gian giữa hai trạng thái kế tiếp được chọn tuỳ ý .Một quá trình diễn biến vô cùng chậm như thế được gọi là quá trình chuẩn cân bằng (chuẩn tĩnh) và có thể coi nó là một dãy nối tiếp các trạng thái cân bằng. Những quá trình xảy ra trong thực tế không phải là những quá trình chuẩn cân bằng nhưng nếu chúng xảy ra càng chậm bao nhiêu thì càng gần đúng là quá trình chuẩn cân bằng bấy nhiêu. Chỉ với trạng thái cân bằng và quá trình chuẩn cân bằng ta mới được phương pháp đồ thị để nghiên cứu vì khi đó các thong số mới có giá trị xác định. Giả sử các thông số đủ để đặc trưng cho hệ là thể tích V và áp suất P. Ta vẽ một hệ trục tọa độ vuông góc OV (trục hoành) và OP (trục tung). Mỗi trạng thái cân bằng của hệ được biểu diễn bằng một điểm trên đồ thị còn quá trình chuẩn cân bằng được biểu diễn bằng một đoạn cong lien tục trên hình vẽ. C©u hái «n tËp: 1. Nªu kh¸i niÖm vÒ c«ng vµ nhiÖt l-îng? §¬n vÞ ®o cña chóng? 2. a. ThÕ nµo lµ nhiÖt ®éng? b. Sù kh¸c nhau gi÷a hÖ c« lËp vµ hÖ ®o¹n nhiÖt? 3. ThÕ nµo lµ tr¹ng th¸i c©n b»ng vµ kh«ng c©n b»ng? 16 4. NhiÖt ®é lµ g×, c¸c d¹ng ®o nhiÖt ®é? Chóng kh¸c nhau thÕ nµo? 5. ¸p suÊt lµ g×? §¬n vÞ ®o ¸p suÊt chÝnh hiÖn nay lµ g×, ngoµi ra cßn cã nh÷ng ®¬n vÞ g×? Quan hÖ gi÷a chóng nh- thÕ nµo? 6. a. ThÕ nµo lµ qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng? b. Sù kh¸c nhau gi÷a qu¸ tr×nh c©n b»ng vµ qu¸ tr×nh thuËn nghÞch? 7. ViÕt c¸c d¹ng c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý t-ëng, khÝ thùc? Bµi tËp: Bµi1. Khi dïng kh«ng khÝ nÐn ¸p suÊt trong b×nh chøa kh«ng khÝ gi¶m xuèng tõ 60at  45at. TÝnh l-îng kh«ng khÝ ®· dïng. BiÕt b×nh chøa cã thÓ tÝch 70 lÝt. NhiÖt ®é cña kh«ng khÝ 27C. H»ng sè chÊt khÝ 287 J/Kg.®é Bµi2. X¸c ®Þnh thÓ tÝch riªng, khèi l-îng riªng cña khÝ N2 ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn vËt lý vµ ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt d- 0,2 at, nhiÖt ®é 127 0C. BiÕt ¸p suÊt khÝ quyÓn 760 mmHg. §S: a) v0 = 0,8 m 3/kg ; 0 = 1,25 kg/m 3 b) v = 0,98 m3/kg;  = 1,02 kg/m3 Bµi3. X¸c ®Þnh thÓ tÝch cña 2 kg khÝ O2 ë ¸p suÊt 4,157 bar, nhiÖt ®é 470C. §S: v = 0,4 m3 Bµi4. X¸c ®Þnh khèi l-îng cña 2 kg khÝ O2 ë ¸p suÊt 4,157 bar, nhiÖt ®é 470C. §S: G = 10kg 17 Ch-¬ng II m«i chÊt vµ sù truyÒn nhiÖt 1. Kh¸i niÖm, ph©n lo¹i khÝ lý t-ëng vµ khÝ thùc 1.1. KhÝ lý t-ëng Các loại khí trong tự nhiên là khí thực, chúng được tạo nên từ các phân tử, mỗi phân tử chất khí đều có kích thước và khối lượng nhất định, các phân tử trong chất khí tương tác với nhau. Để đơn giản cho việc nghiên cứu, người ta đưa ra khái niệm khí lý tưởng. Khí lý tưởng là chất khí được cấu thành từ các phân tử, nhưng thể tích của bản thân các phân tử bằng không và không có lực tương tác giữa các phân tử. Trong thực tế, khi tính toán nhiệt động học với các chất khí như oxy (O 2 ), hydro (H 2 ), nitơ (N 2 ), không khí, v.v. ở điều kiện áp suất và nhiệt độ không quá lớn, có thể xem chúng như là khí lý tưởng. 1.2. KhÝ thùc Phương trình trạng thái của khí lý tưởng có thể sử dụng để tính toán cho nhiều loại khí thực trong phạm vi áp suất và nhiệt độ không quá lớn với một độ chính xác nhất định. Khi những điều kiện giả định đối với 18 khí lý tưởng khác quá nhiều đối với khí thực, việc áp dụng phương trình trạng thái của khí lý tưởng có thể dẫn đến những sai số lớn. Cho đến nay, bằng lý thuyết cũng như thực nghiệm, người ta chưa tìm được phương trình trạng thái dùng cho mọi khí thực ở mọi trạng thái mà mới chỉ xác định được một số phương trình trạng thái gần đúng cho một hoặc một nhóm khí ở những phạm vi áp suất và nhiệt độ nhất định. 1.3. Hçn hîp khÝ lý t-ëng Hỗn hợp khí lý tưởng là hỗn hợp cơ học của hai hoặc nhiều chất khí lý tưởng khi không xảy ra phản ứng hóa học giữa các chất khí thành phần. Ví dụ: không khí có thể được xem như là hỗn hợp khí lý tưởng với các chất khí thành thành gồm nitơ (N 2 ), oxy (O 2 ), đioxit carbon (CO 2 ), v.v. Hỗn hợp khí được sử dụng có thể có tỷ lệ các chất khí thành phần rất khác nhau nên việc xây dựng các bảng hoặc đồ thị cho chúng là không thực tế. Bởi vậy, người ta nghiên cứu phương pháp xác định các thông số nhiệt động và tính toán với hỗn hợp khí lý tưởng. * §Æt ®iÓm hçn hîp khÝ lý t-ëng 1) Thể tích của khí thành phần trong HHK bằng thể tích của bình chứa. V 1 = V 2 = V 3 = ...... = V (2.1) 2) Nhiệt độ của khí thành phần bằng nhiệt độ của HHK. T 1 = T 2 = T 3 = ...... = T (2.2) 3) Phân áp suất (p i ) - là áp suất của khí thành phần. Tổng phân áp suất của các khí thành phần bằng áp suất của HHK. p 1 + p 2 + p 3 + ...... p n = p (2.3) 4) Hỗn hợp của các khí lý tưởng cũng ứng xử như là một khí lý tưởng, tức là các khí thành phần và HHK đều tuân theo phương trình trạng thái của khí lý tưởng: p 1 V 1 = m 1 R 1 T 1 → p 1 V = m 1 R 1 T 19 p 2 V 2 = m 2 R 2 T 2 → p 2 V = m 2 R 2 T ......................... p i V i = m i R i T i → p i V = m i R i T pV = m R T 2. Kh¸i niÖm, ph©n lo¹i sù truyÒn nhiÖt TruyÒn nhiÖt: Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn nhiÖt l-îng tõ mét l-u thÓ nµy sang l-u thÓ kh¸c (cÊp nhiÖt, dÉn nhiÖt vµ bøc x¹ nhiÖt). TruyÒn nhiÖt ®¼ng nhiÖt x¶y ra trong tr-êng hîp nhiÖt ®é cña hai l-u thÓ ®Òu kh«ng thay ®æi theo c¶ vÞ trÝ vµ thêi gian, tøc lµ hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a hai l-u thÓ lµ mét h»ng sè ë mäi vÞ trÝ vµ thêi gian. TruyÒn nhiÖt biÕn nhiÖt x¶y ra trong tr-êng hîp nhiÖt ®é cña l-u thÓ cã thay ®æi trong thêi gian lµm viÖc, do ®ã hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a hai l-u thÓ cã thay ®æi. TruyÒn nhiÖt biÕn nhiÖt æn ®Þnh: khi hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a hai l-u thÓ biÕn ®æi theo vÞ trÝ nh-ng kh«ng biÕn ®æi trong kh«ng gian. ChØ x¶y ra víi c¸c qu¸ tr×nh lµm viÖc liªn tôc. TruyÒn nhiÖt biÕn nhiÖt kh«ng æn ®Þnh khi hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a hai l-u thÓ cã biÕn ®æi theo c¶ vÞ trÝ vµ thêi gian. ChØ x¶y ra trong c¸c qu¸ tr×nh lµm viÖc gi¸n ®o¹n. 2.1. Tr-êng nhiÖt ®é §Ó m« ta ph©n bè nhiÖt ®é trong kh«ng gian theo thêi gian, ta dïng kh¸i niÖm tr-êng nhiÖt ®é. Tr-êng nhiÖt ®é lµ tËp hîp tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é tøc thêi trong kho¶ng thêi gian ®ang xÐt cña mäi ®iÓm trong hÖ vËt kh¶o s¸t. Gi¸ trÞ nhiÖt ®é tøc thêi t¹i mçi ®iÓm trong kh«ng gian ®-îc x¸c ®Þnh duy nhÊt nh- mét ®¹i l-îng v« h-íng, do ®ã, tr-êng nhiÖt ®é lµ mét tr-êng v« h-íng. 20 BiÓu thøc cña tr-êng nhiÖt ®é m« ta luËt ph©n bæ nhiÖt ®é, cho phÐp x¸c ®Þnh gi¸ trÞ nhiÖt ®é tøc thêi t¹i thêi ®iÓm τ theo täa ®é (x,y,z) cña mét ®iÓm bÊt kú trong hÖ: t = t(x,y,z,τ). Theo thêi gian, tr-êng nhiÖt ®é ®-îc ph©n ra hai lo¹i: kh«ng æn ®Þnh vµ æn ®Þnh. NÕu gi¸ trÞ nhiÖt ®é tøc thêi t¹i mäi ®iÓm trong hÖ kh«ng thay ®æi theo thêi gian, tøc t = 0 víi mäi (x,y,z) vµ mäi τ, th× tr-êng nhiÖt ®é ®-îc gäi lµ æn ®Þnh: t = t(x,y,z) NÕu cã mét ®iÓm (x,y,z) t¹i thêi ®iÓm τ khiÕn cho t ≠ 0, th× tr-êng nhiÖt ®é ®-îc gäi lµ kh«ng æn ®Þnh. Tïy theo tÝnh ®èi xøng cña tr-êng sè täa ®é kh«ng gian mµ tr-êng phô thuéc (th-êng ®-îc gäi lµ sè chiÒu cña tr-êng) cã thÓ lµ 0,1,2,3. VÝ dô biÓu thøc cña tr-êng nhiÖt ®é 0, 1, 2, 3 chiÒu cã thÓ lµ: t = t (τ); t = t (x,τ); t = t(y, z, τ); t = t (x, y, z, τ). 2.2. MÆt ®¼ng nhiÖt T¹i mét thêi ®iÓm cho tr-íc tËp hîp c¸c ®iÓm cã cïng mét gi¸ trÞ nhiÖt ®é t¹o ra trong kh«ng gian cña tr-êng mét mÆt, ®-îc gäi lµ mÆt ®¼ng nhiÖt. Ph-¬ng tr×nh cña mÆt ®¼ng nhiÖt lµ: t = f(x,y,z) = const hay: f(x, y, z) = const V× nhiÖt ®é tøc thêi t¹i mét ®iÓm lµ duy nhÊt, nªn c¸c mÆt ®¼ng nhiÖt kh«ng giao nhau. Trªn mçi mÆt ®¼ng nhiÖt th× t = const, do ®ã nhiÖt ®é chØ thay ®æi theo h-íng c¾t mÆt ®¼ng nhiÖt, mÆt ®¼ng nhiÖt cã thÓ lµ mÆt cong kÝn hoÆc hë. 2.3. Gradient nhiÖt ®é XÐt hai mÆt ®¼ng nhiÖt t = const vµ t + dt = const víi dt > 0 Gäi vËn tèc thay ®æi nhiÖt ®é cña ®iÓm M theo h-íng 1 cho tr-íc. Gäi gradient nhiÖt ®é cña ®iÓm M lµ vËn tèc thay ®æi nhiÖt ®é cña m«i chÊt theo h-íng ph¸p tuyÕn n cña mÆt ®¼ng nhiÖt t = const, chiÒu tõ nhiÖt ®é thÊp ®Õn nhiÖt ®é cao. BiÓu thøc cña vect¬ gradient nhiÖt ®é t¹i ®iÓm M (x,y,z) lµ: 21 Véc tơ gradt m« t¶ vËn tèc thay ®æi nhiÖt ®é cùc ®¹i ®iÓm M, trªn ph-¬ng vu«ng gãc mÆt ®¼ng nhiÖt theo chiÒu t¨ng nhiÖt ®é, gi¸ trÞ b»ng t/n 2.4. Vect¬ dßng nhiÖt §Ó ®Æt tr-ng cho ®é lín vµ ph-¬ng chiÒu dßng nhiÖt truyÒn qua mÆt ®¼ng nhiÖt ta ®Þnh nghÜa dßng nhiÖt q vµ vect¬ cã ®é lín b»ng l-îng nhiÖt q [w/m2] truyÒn qua 1m2 mÆt ®¼ng nhiÖt trong mét gi©y, trªn h-íng ph¸p tuyÕn mÆt ®¼ng nhiÖt theo chiÒu gi¶m nhiÖt ®é: DÊu (-) do vect¬ q ng-îc chiÒu vect¬ gradt. Theo lý thuyÕt tr-êng vect¬, l-îng nhiÖt sinh ra trong 1 ®¬n vÞ thÓ tÝch cña hÖ, tøc hiÖu sè c¸c l-îng nhiÖt ra vµo 1m2 cña hÖ lµ: Do ®ã nÕu divq > 0 th× vËt sinh nhiÖt vµ divq < 0 th× vËt thu nhiÖt, khi divq = 0 vËt ®-îc gäi lµ æn ®Þnh nhiÖt. 2.5. C«ng suÊt nguån nhiÖt §Ó ®Æt tr-ng tèc ®é ph¸t nhiÖt t¹i ®iÓm M cña vËt V, ta ®Þnh nghÜa n¨ng suÊt ph¸t nhiÖt cña ®iÓm M (x,y,z) lµ tû sè: Trong ®ã ∂Q[W] lµ c«ng suÊt nhiÖt ph¸t ra tõ ph©n tè thÓ tÝch dV[m3] bao quanh ®iÓm. NÕu biÕt qv = qv (xy,z) th× tÝnh ®-îc c«ng suÊt ph¸t nhiÖt cña nguån V theo: v v Q q dV  Khi nguån nhiÖt ph©n bè ®Òu, qv = const, th× Q = qvV. 22 3. Kh¸i niÖm vÒ sù chuyÓn pha cña c¸c ®¬n chÊt Tõ thùc nghiÖm ta thÊy tÊt c¶ m«i chÊt ®¬n nh-: n-íc (H2O), thuû ng©n (Hg), am«niac (NH3), Frªon - 12 (CCl2F2) hoÆc cacbon (C) v..v.., khi cÊp nhiÖt hoÆc th¶i nhiÖt ®Òu cã sù thay ®æi tr¹ng th¸i vµ sù chuyÓn pha ë c¸c ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é kh¸c nhau. LÊy 1kg n-íc ë 1bar vµ 200C, cÊp nhiÖt cho nã, ta quan s¸t thÊy nhiÖt ®é t¨ng tõ 200C ®Õn 99,640C th× mét bé phËn n-íc b¾t ®Çu ho¸ h¬i, nhiÖt ®é 99,640C gi÷ kh«ng ®æi cho ®Õn khi giät n-íc cuèi cïng biÕn thµnh h¬i, sau ®ã nÕu tiÕp tôc cÊp nhiÖt th× nhiÖt ®é tiÕp tôc t¨ng lªn m·i. ThÓ tÝch riªng cña n-íc b¾t ®Çu tõ 0,0010018 m3/kg t¨ng lªn ®Õn 0,0010432 m3/kg khi b¾t ®Çu ho¸ h¬i, vµ khi võa ho¸ h¬i hÕt th× thÓ tÝch riªng b»ng 1,694 m3/kg (t¨ng kho¶ng 1600 lÇn) vµ khi nhiÖt ®é t¨ng ®Õn 6000C th× thÓ tÝch riªng b»ng 4,028 m3/kg. NÕu cho h¬i n-íc ë 6000C th¶i nhiÖt ë ¸p suÊt vÉn b»ng 1 bar kh«ng ®æi th× nhiÖt ®é gi¶m xuèng, ®Õn 99,640C th× vÉn mét bé phËn h¬i ng-ng l¹i thµnh n-íc, nhiÖt ®é kh«ng ®æi cho ®Õn khi h¬i võa ng-ng hÕt; nÕu tiÕp tôc th¶i nhiÖt, nhiÖt ®é gi¶m xuèng cho ®Õn khi b»ng 00C, mét bé phËn n-íc ®«ng ®Æc, nhiÖt ®é kh«ng thay ®æi, khi n-íc ®«ng hÕt th× nhiÖt ®é l¹i tiÕp tôc gi¶m. ThÓ tÝch thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ khi n-íc ®«ng thµnh ®¸. NÕu cÊp nhiÖt cho n-íc ®¸ ë nhiÖt ®é thÊp thÝ dô (-200C) trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt 1bar th× nhiÖt ®é t¨ng lªn ®Õn 00C, ®¸ b¾t ®Çu tan, nhiÖt ®é gi÷ 00C kh«ng ®æi cho ®Õn khi ®¸ tan hoµn toµn, sau ®ã tiÕp tôc t¨ng lªn, trë l¹i b»ng 200C ban ®Çu. Lµm l¹i thÝ nghiÖm trªn ë c¸c ¸p suÊt kh¸c nhau vµ biÓu thÞ trªn ®å thÞ p - t vµ T - s trªn h×nh (H.2 - 1) vµ (H.2 - 2) ta thÊy: a) Khi ¸p suÊt p n»m trong ph¹m vi ¸p suÊt ®iÓm 3 pha p3 (®èi víi n-íc b»ng 0,00611 bar t-¬ng øng víi nhiÖt ®é 3 pha t3 = 0,01 0C) vµ ¸p suÊt tíi h¹n pk (®èi víi n-íc pk = 221,3 bar t-¬ng øng víi nhiÖt ®é tíi 23 h¹n tk = 374,15 0C) nghÜa lµ pk > p > p3, th× qu¸ tr×nh x¶y ra gièng nhau vÒ mÆt ®Þnh tÝnh, nh-ng vÒ ®Þnh l-îng cã kh¸c nhau. - Ở ¸p suÊt p3 nhiÖt ®é ®«ng ®Æc b»ng nhiÖt ®é ho¸ h¬i, ¸p suÊt cµng t¨ng th× nhiÖt ®é ®«ng ®Æc th-êng gi¶m xuèng (®-êng 0 - L trªn ®å thÞ p - t) vµ nhiÖt ®é ho¸ h¬i t¨ng lªn (®o¹n OK). - Áp suÊt t¨ng th× sù kh¸c nhau gi÷a thÓ tÝch riªng cña h¬i vµ cña n-íc cµng gi¶m dÇn, ®Õn ¸p suÊt pk th× kh«...®o¹n nhiÖt: lkt = k.ldn (4.52) 0 S P2, V2, T2 P1, V1, T1 2 1 T 48 Trong ®ã ldn lµ c«ng d·n në Tõ ph-¬ng tr×nh 4.48 rót ra: 0 p dp v dv k  TÝch ph©n hai vÕ ta cã lnp + lnvk = const hay PVk = const (4.53) - §é biÕn thiªn Entr«pi trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt cã thÓ tÝnh tõ c«ng thøc ®Þnh nghÜa: 0 T dq dS  (4.54) hay S = 0, S = const (4.55) - Trªn ®å thÞ T - S qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt ®-îc biÓu diÔn b»ng ®-êng th¼ng ®øng (®-êng 1-2). - Trªn ®å thÞ P - V ®-êng ®o¹n nhiÖt lµ ®-êng cong dèc h¬n ®¼ng nhiÖt (®-êng 1-2) v× k > 1. §-êng 1-2: D·n në ®o¹n nhiÖt 1-2’: D·n në ®¼ng nhiÖt - Quan hÖ gi÷a c¸c th«ng sè trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt. X¸c ®Þnh ph-¬ng tr×nh 4.51 PVk = const suy ra P1V1 k = P2V2 k. k1 2 1 1 2 k 2 1 1 2 P P V V vµ V V P P                    (*) - Tõ c«ng thøc PV = RT ta cã P1V1 = RT1, P2V2 = RT2.  2 1 2 1 2 1 T T P V . P P  Thay vµo c«ng thøc (*) ta ®-îc: k 1k 1 2 1k 2 1 1 2 P P V V T T                (4.56) 49 - C«ng thøc 4.56 cho thÊy trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt khi nhiÖt ®é t¨ng lªn th× ¸p suÊt t¨ng vµ thÓ tÝch gi¶m xuèng v× q =0. - C«ng trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt: dlk = - du Hay lk = - U = CV(T1 - T2) = 1k R  (T1 - T2) (4.57) Thay T PV R  ta ®-îc: lk =  2211 VPVP 1k 1   (4.58) - øng dông biÓu thøc 4.56 vµo 4.58 sau khi biÕn ®æi:                  1k 2 111 k V V 1 1k VP l (4.59)          1 21 k T T 1 1k RT l                     k 1k 1 21 k P P 1 1k RT l (4.60) - KÕt luËn: + NÕu n = 0 ph-¬ng tr×nh 4.16 cã d¹ng P = const, tøc ph-¬ng tr×nh cña qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p. P2, V2, T2 P1, V1, T1 0 1 P V 2 50 + NÕu n = 1 ph-¬ng tr×nh 4.16 sÏ trë thµnh ph-¬ng tr×nh ®¼ng nhiÖt (ph-¬ng tr×nh Pv = const) + NÕu n = k ph-¬ng tr×nh 4.16 cã d¹ng Pvk = const lµ ph-¬ng tr×nh ®o¹n nhiÖt. + Ph-¬ng tr×nh 4.16 cã thÓ biÕn ®æi:  n 1 n 1 constvP  Khi n =   ta cã ph-¬ng tr×nh ®¼ng tÝch. - BiÓu diÔn trªn ®å thÞ P-V vµ T-S nh÷ng qu¸ tr×nh c¬ b¶n ®i qua tr¹ng th¸i 1. + LÊy ®-êng ®¼ng tÝch (n =  , l = 0) lµm ranh giíi mäi qu¸ tr×nh ®a biÕn. 1-2 ®i vÒ phÝa bªn ph¶i ®-êng ®¼ng tÝch cã l > 0 v× V2 > V1 vµ ng-îc l¹i, nÕu xuÊt ph¸t tõ 1 ®i vÒ tr¹ng th¸i 2 n»m bªn tr¸i ®-êng ®¼ng tÝch l < 0 v× V2 < V1. + LÊy ®-êng ®o¹n nhiÖt (n = k, q = 0) lµm ranh giíi cña qu¸ tr×nh ®a biÕn 1-2 ®i vÒ bªn ph¶i ®-êng ®o¹n nhiÖt cã q > 0 (chÊt khÝ nhËn nhiÖt) ng-îc l¹i qu¸ tr×nh ®a biÕn xuÊt ph¸t tõ tr¹ng th¸i 1 vÒ tr¹ng th¸i 2 n»m bªn tr¸i ®-êng ®o¹n nhiÖt cã: q < 0 (chÊt khÝ th¶i nhiÖt) + LÊy ®-êng ®¼ng nhiÖt (n = 1, U = 0) lµm ranh giíi mäi qu¸ tr×nh ®a biÕn 1-2 ®i vÒ bªn ph¶i ®-êng ®¼ng nhiÖt trªn ®å thÞ P-V vµ ®i vÒ phÝa trªn ®-êng ®¼ng nhiÖt trªn ®å thÞ T-S cã U > 0 v× t2 - t1 > 0 ng-îc l¹i mäi qu¸ tr×nh ®a biÕn xuÊt ph¸t tõ tr¹ng th¸i 1 ®i vÒ tr¹ng th¸i 2 n»m bªn tr¸i ®-êng ®¼ng nhiÖt trªn ®å thÞ P-V vµ n»m bªn d-íi ®-êng ®¼ng nhiÖt trªn ®å thÞ T-S sÏ cã U < 0 v× t2 - t1 < 0. So s¸nh biÓu thøc tÝnh c«ng trong qu¸ tr×nh ®a biÕn víi c«ng trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt vÒ h×nh thøc lµ gièng nhau, chØ kh¸c vÒ chØ sè n vµ k. 51 Bµi tËp Bµi 1. Trong mét b×nh kÝn cã thÓ tÝch V = 300 l chøa khÝ ë ¸p suÊt P1 = 3 at, vµ t1=20C. Hái cÇn cung cÊp bao nhiªu nhiÖt l-îng ®Ó nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¨ng lªn 120C. Khi tÝnh coi nhiÖt dung riªng h»ng sè vµ nhiÖt dung riªng phô thuéc nhiÖt ®é tra theo b¶ng. TÝnh sai sè trong 2 tr-êng hîp? (BiÕt MCV cña kh«ng khÝ = 20,9 KJ/Kmol.®é. CV = 0,7243 KJ/Kg.®é) Bµi 2. 2 Kg hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn thÓ tÝch nh- sau: 14%CO2, 5%O2, 2%CO vµ 79%N2. Hçn hîp cã ¸p suÊt thõa 0,5 at vµ nhiÖt ®é 200C. Hái nhiÖt l-îng cÇn lÊy ra trong qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch nÕu ¸p suÊt thõa cña hçn hîp gi¶m xuèng cßn 0,17 at? BiÕt Baromet quay vÒ 0C chØ sè 770 mmHg, xem nhiÖt dung riªng lµ h»ng sè. Bµi 3. 5 Kg h¬i n-íc bÞ nÐn ®¼ng nhiÖt ë 200C tõ tr¹ng th¸i cã S1 = 6,963 KJ/Kg.®é ®Õn tr¹ng th¸i 2 cã S2 = 5,65 KJ/Kg.®é. TÝnh nhiÖt l-îng th¶i ra. Bµi 4. Trong mét b×nh kÝn cã thÓ tÝch 40 lÝt chøa O2 ë ¸p suÊt 3 ¸t, nhiÖt ®é 25C. X¸c ®Þnh ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cuèi khi cung cÊp chÊt khÝ 50,24KJ. Xem nhiÖt dung riªng lµ h»ng sè. Bµi 5. Nung 1 kg kh«ng khÝ trong ®iÒu kiÖn ¸p suÊt kh«ng ®æi p = 2 bar tõ nhiÖt ®é t1 = 20C ®Õn t2 = 110C. TÝnh thÓ tÝch cuèi, nhiÖt l-îng cÇn cung cÊp, c«ng sinh ra, l-îng thay ®æi néi n¨ng, ®é biÕn thiªn Entr«pi vµ biÓu diÔn trªn ®å thÞ T-S, P-V nh÷ng diÖn tÝch t-¬ng øng víi nhiÖt l-îng, l-îng thay ®æi néi n¨ng vµ c«ng thùc hiÖn? Bµi 6. Kh«ng khÝ cã khèi l-îng 10 kg. BiÕt th«ng sè ban ®Çu cña kh«ng khÝ lµ P1 = 1,2 at vµ t1 = 30C. Kh«ng khÝ ®-îc nÐn ®Ó thÓ tÝch gi¶m xuèng 2,5 lÇn. X¸c ®Þnh th«ng sè ë tr¹ng th¸i cuèi, c«ng, nhiÖt 52 l-îng, l-îng thay ®æi néi n¨ng vµ Entr«pi trong qu¸ tr×nh ®èi víi hai tr-êng hîp: a. NÐn ®¼ng nhiÖt b. NÐn ®o¹n nhiÖt Bµi 8. 1 kg kh«ng khÝ d·n në ®a biÕn thùc hiÖn mét c«ng b»ng l = 1,44 KJ/kg. NhiÖt ®é kh«ng khÝ thay ®æi tõ t1 = 200C ®Õn t2 = 100C. X¸c ®Þnh q vµ U? Bµi 9. Khi nÐn ®¼ng nhiÖt 4 kg chÊt khÝ (coi lµ khÝ lý t-ëng) cã h»ng sè chÊt khÝ R = 189 J/kg0K tõ ¸p suÊt 2at ®Õn 5,4 at, cÇn th¶i l-îng nhiÖt 378 kJ. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é cña qu¸ tr×nh, thÓ tÝch ®Çu vµ cuèi cña chÊt khÝ ®ã? Bµi 10. kh«ng khÝ cã thÓ tÝch 2,48 m3 , nhiÖt ®é 150C, ¸p suÊt p = 1 bar, khi bÞ nÐn ®o¹n nhiÖt, kh«ng khÝ nhËn c«ng thay ®æi thÓ tÝch 471kJ. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é cuèi, biÕn ®æi néi n¨ng vµ entanpi? Bµi 11. 2 kg khÝ O2 thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®a biÕn víi sè mò ®a biÕn n = 1,2 tõ nhiÖt ®é 270C ®Õn 5370C. X¸c ®Þnh biÕn ®æi entropi, nhiÖt l-îng cña qu¸ tr×nh, biÕn ®æi néi n¨ng, c«ng thay ®æi thÓ tÝch vµ c«ng kü thuËt cña qu¸ tr×nh? Bµi 12. X¸c ®Þnh sè mò ®a biÕn khi qu¸ tr×nh ®a biÕn thay ®æi tõ ¸p suÊt 0,001 at, nhiÖt ®é -730C ®Õn ¸p suÊt 1000 at, nhiÖt ®é 17270C? Bµi 13. 2 kg khÝ O2 thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®a biÕn víi sè mò ®a biÕn n = 1,2 tõ nhiÖt ®é 270C ®Õn 5370C. X¸c ®Þnh biÕn ®æi entropi, nhiÖt l-îng cña qu¸ tr×nh? Bµi 14. X¸c ®Þnh c«ng nÐn cña 16 kg khÝ O2 nÐn ®a biÕn víi n = 1,5 tõ nhiÖt ®é 270C ¸p suÊt 1 bar ®Õn 8bar? 53 Ch-¬ng IV ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG HAI VÀ CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ NHIỆT 1. §Þnh luËt nhiÖt ®éng thø hai 1.1. Néi dung vµ c¸ch ph¸t biÓu ®Þnh luËt nhiÖt ®éng thø hai §Þnh luËt nhiÖt ®éng thø nhÊt lµ ®Þnh luËt b¶o toµn vµ biÕn ho¸ n¨ng l-îng. Ph-¬ng tr×nh ®Þnh luËt 1 lµ ph-¬ng tr×nh cÇn b»ng n¨ng l-îng cho phÐp x¸c ®Þnh ®-îc nhiÖt l-îng vµ c«ng qu¸ tr×nh. §Þnh luËt 1 kh«ng cho phÐp x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng x¶y ra vµ chiÒu h-íng tiÕn hµnh qu¸ tr×nh. + Kh«ng cho biÕt ®iÒu kiÖn nµo nhiÖt biÕn ®æi thµnh c«ng - L-îng biÕn ®æi b»ng bao nhiªu? + NhiÖt truyÒn tõ vËt nãng sang vËt l¹nh hay ng-îc l¹i. §Þnh luËt 2: X¸c ®Þnh mäi qu¸ tr×nh trong tù nhiªn lµ qu¸ tr×nh tù ph¸t (kh«ng thuËn nghÞch) biÕn tõ tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng tíi c©n b»ng ph¸t ra n¨ng l-îng cã Ých - ë vÞ trÝ c©n b»ng tù nã kh«ng biÕn ng-îc l¹i ®-îc. Muèn biÕn ®æi ng-îc ph¶i tiªu tèn n¨ng l-îng. VÝ dô n-íc ch¶y tù nhiªn tõ cao xuèng thÊp (tõ kh«ng c©n b»ng tíi c©n b»ng) cã thÓ lµm quay tuèc bin ®Ó sinh c«ng cã Ých. Nh-ng nÕu muèn ch¶y ng-îc l¹i cÇn ph¶i tiªu tèn n¨ng l-îng (ph¶i dïng b¬m). §Þnh luËt 2 t×m ra trªn c¬ së thùc nghiÖm vµ ®-îc ph¸t biÓu mét trong c¸c c¸ch sau: NhiÖt tù nã cã thÓ truyÒn tõ nhiÖt ®é cao tíi n¬i cã nhiÖt ®é thÊp - Muèn truyÒn ng-îc l¹i ph¶i tiªu tèn n¨ng l-îng. C¸ch ph¸t biÓu nµy cho biÕt chiÒu tiÕn hµnh c¸c qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt. Kh«ng thÓ cã m¸y nhiÖt ch¹y tuÇn hoµn cã thÓ biÕn ®æi toµn bé nhiÖt cÊp cho m¸y thµnh c«ng mµ kh«ng cÇn mét phÇn truyÒn nhiÖt cho c¸c vËt kh¸c. 54 C¸ch ph¸t biÓu nµy cho biÕt ®iÒu kiÖn khi nµo ta cã thÓ biÕn nhiÖt thµnh c«ng vµ kh«ng thÓ biÕn ®æi toµn bé nhiÖt thµnh c«ng. 1.2. Chu tr×nh nhiÖt ®éng 1.2.1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ chu tr×nh nhiÖt ®éng Chu tr×nh nhiÖt ®éng ®-îc Sadicarnot ®-a ra n¨m 1824. §ã lµ ph-¬ng ph¸p biÕn ®æi liªn tôc nhiÖt thµnh c«ng trong c¸c m¸y nhiÖt, cã ý nghÜa rÊt lín trong kü thuËt nhiÖt. Chu tr×nh nhiÖt ®éng lµ mét hoÆc mét sè qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng x¶y ra liªn tiÕp nhau, sau khi thùc hiÖn c¸c qu¸ tr×nh ®ã chÊt m«i giíi trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu. Chu tr×nh ®-îc biÓu diÔn b»ng mét ®-êng cong liªn tôc hoÆc lµ mét ®-êng cong gÉy khóc khÐp kÝn. Chu tr×nh ®-îc t¹o bëi c¸c qu¸ tr×nh thuËn nghÞch gäi lµ chu tr×nh thuËn nghÞch. Chu tr×nh bao gåm c¸c qu¸ tr×nh, trong ®ã cã Ýt nhÊt mét qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch gäi lµ chu tr×nh kh«ng thuËn nghÞch. Chu tr×nh thùc hiÖn theo chiÒu kim ®ång hå gäi lµ chu tr×nh thuËn chiÒu. Chu tr×nh thùc hiÖn theo chiÒu ng-îc chiÒu kim ®ång hå gäi lµ chu tr×nh ng-îc chiÒu. 1.2.2. Chu tr×nh thuËn chiÒu a) p v 1 2 a b O v1 v2 l0>0 T s 1 2 a b O s1 s2 q0 > 0 q1a2 q2b1 b) H×nh 4.1 Trong chu tr×nh thuËn chiÒu, chÊt m«i giíi nhËn nhiÖt cña nguån nãng d·n në sinh c«ng, phÇn nhiÖt cßn l¹i nh¶ cho nguån l¹nh. 55 Qu¸ tr×nh 1a2 lµ qu¸ tr×nh chÊt m«i giíi nhËn nhiÖt cña nguån nãng q1a2 vµ d·n në sinh c«ng l1a2. Qu¸ tr×nh 2b1 lµ qu¸ tr×nh chÊt m«i giíi bÞ nÐn nhËn c«ng tõ bªn ngoµi l2b1 vµ nh¶ nhiÖt cho nguån l¹nh q2b1. Trªn ®å thÞ p-v (h×nh 4.1a) ®-êng H×nh 4.2 cong d·n në n»m trªn ®-êng cong nÐn, suy ra chu tr×nh thuËn chiÒu lµ chu tr×nh sinh c«ng. M¸y nhiÖt lµm viÖc theo chu tr×nh nµy gäi lµ ®éng c¬ nhiÖt. §éng c¬ nhiÖt cã s¬ ®å nguyªn lý nh- h×nh (4.2). Trong chu tr×nh (h×nh 4.1b), l-îng nhiÖt chÊt m«i giíi nhËn tõ nguån nãng ®-îc biÕn ®æi thµnh c«ng lµ q0. q0 = q1a2 = q2b1 = DT[1a2b1] (1) C«ng sinh ra trong chu tr×nh lµ l0 (h×nh 4.1a) l0 = l1a2 = l2b1 = DT[1a2b] (2) Tõ (1) vµ (2) suy ra: q0 = l0 §Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ lµm viÖc cña chu tr×nh thuËn chiÒu, ng-êi ta ®-a ra kh¸i niÖm hiÖu suÊt nhiÖt, kÝ hiÖu t. HiÖu suÊt cña chu tr×nh lµ tØ sè gi÷a c«ng sinh ra trong chu tr×nh vµ nhiÖt l-îng chÊt m«i giíi nhËn ®-îc tõ nguån nãng. NÕu gäi nhiÖt l-îng chÊt m«i giíi nhËn ®-îc tõ c¸c nguån nãng trong chu tr×nh lµ q1 (q1 > 0) vµ nhiÖt l-îng nh¶ cho c¸c nguån l¹nh lµ q2 (q2 < 0) th× c«ng sinh ra trong chu tr×nh lµ lo = q1 - q2. HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh sÏ lµ: 1 2 2 1 1 1 1ot q q ql q q q       HiÖu suÊt nhiÖt t bao giê còng nhá h¬n 1. HiÖu suÊt nhiÖt cµng lín th× hiÖu qu¶ lµm viÖc cña chu tr×nh cµng cao. Nguån nãng HÖ Nguån l¹nh l0 = q1 - q2 q1 q2 56 1.2.3. Chu tr×nh ng-îc chiÒu p v 1 2 a b O v1 v2 l0 < 0 T s 1 2 a b O s1 s2 q0 < 0 q1a2 q2b1 H×nh 4.3 Trong chu tr×nh ng-îc chiÒu, chÊt m«i giíi nhËn c«ng tõ bªn ngoµi ®Ó lÊy nhiÖt tõ nguån l¹nh truyÒn cho nguån nãng. S¬ ®å nguyªn lý cña m¸y nhiÖt lµm viÖc theo chu tr×nh ng-îc chiÒu ®-îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.2 vµ chu tr×nh cña nã ®-îc biÓu diÔn trªn h×nh 4.3. Trong chu tr×nh ng-îc chiÒu, 1a2 lµ qu¸ tr×nh chÊt m«i giíi nhËn nhiÖt cña nguån l¹nh q1a2 (q1a2 > 0) d·n në sinh c«ng l1a2 (l1a2 > 0). 2b1 lµ qu¸ tr×nh chÊt m«i giíi bÞ nÐn, nhËn mét c«ng lµ l2b1 (l2b1 < 0) vµ nh¶ cho nguån nãng mét nhiÖt l-îng q2b1 (q2b1 < 0). l0 = l2b1 - l2a1 = DT[1a2b1] Vµ nh¶ cho nguån nãng mét nhiÖt l-îng lín h¬n nhiÖt l-îng mµ nã nhËn ®-îc tõ nguån l¹nh lµ 4.3b q0 = q2b1 - q1a2 = DT[1a2b1] Tõ biÓu thøc q0 = l0 suy ra trong chu tr×nh ng-îc chiÒu, chÊt m«i giíi nhËn c«ng tõ bªn ngoµi ®Ó truyÒn nhiÖt tõ nguån l¹nh lªn nguån nãng, ®ång thêi l-îng c«ng ®ã còng ®-îc biÕn thµnh nhiÖt truyÒn cho nguån nãng. Nguån Nguån l¹nh HÖ l0 = q1 - q2 q1 q2 57 Trong thùc tÕ ta th-êng gÆp m¸y nhiÖt lµm viÖc theo chu tr×nh ng-îc chiÒu lµ: m¸y l¹nh, b¬m nhiÖt..... §Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ vÒ nhiÖt cña chu tr×nh ng-îc chiÒu ng-êi ta ®-a ra kh¸i niÖm hÖ sè lµm l¹nh  dïng cho m¸y l¹nh vµ hÖ sè b¬m nhiÖt  dïng cho b¬m nhiÖt. HÖ sè lµm l¹nh  lµ tØ sè gi÷a l-îng nhiÖt chÊt m«i giíi nhËn ®-îc tõ nguån l¹nh trong chu tr×nh vµ c«ng nhËn vµo ®Ó thùc hiÖn chu tr×nh. NÕu trong chu tr×nh nhiÖt l-îng lµ 1kg chÊt m«i giíi nhËn ®-îc tõ nguån l¹nh lµ q2 (q2 < 0), nh¶ cho nguån nãng lµ q1 (q1 < 0) th× c«ng nhËn vµo trong chu tr×nh sÏ lµ: l0 = q1 - q2; j/kg VËy hÖ sè lµm l¹nh cña chu tr×nh ®-îc x¸c ®Þnh: 2 2 0 1 2 q q l q q     HÖ sè lµm l¹nh  cho ta biÕt, nÕu tiªu tèn mét ®¬n vÞ c«ng sÏ truyÒn ®-îc bao nhiªu nhiÖt l-îng tõ nguån l¹nh lªn nguån nãng. Do vËy, m¸y nhiÖt nµo cã hÖ sè lµm l¹nh  cµng lín cµng tèt,  cã thÓ lín h¬n 1 hoÆc nhá h¬n 1. HÖ sè b¬m nhiÖt  lµ tØ sè gi÷a l-îng nhiÖt chÊt m«i giíi nh¶ cho nguån nãng vµ l-îng c«ng mµ chÊt m«i giíi nhËn vµo trong chu tr×nh. 1 0 2 0 0 1 q l q l l         HÖ sè b¬m nhiÖt  cho ta biÕt, nÕu tiªu hao mét ®¬n vÞ c«ng th× chÊt m«i giíi truyÒn ®-îc bao nhiªu l-îng nhiÖt cho nguån nãng. HÖ sè  cµng lín, hiÖu qu¶ nhiÖt cña chu tr×nh cµng lín. 1.3.C«ng cña chu tr×nh C«ng cña chu tr×nh lµ c«ng cña chÊt m«i giíi t¸c dông tíi m«i tr-êng khi chÊt m«i giíi thùc hiÖn mét chu tr×nh. C«ng cña chu tr×nh ký hiÖu L0(J), l0(J/kg) 58 Ta cã : d(PV) = PdV + VdP Chu tr×nh lµ qu¸ tr×nh khÐp kÝn.    VdPPdV)PV(d , v× tÝch sè PV lµ mét hµm tr¹ng th¸i nªn :   0)PV(d ,   il)V(Pd    iKTlVdPVdP    n 1i KT n 1i i i ll0 hay    n 1i KT n 1i i i ll (5-1) ë ®©y li, lKti lµ c«ng thay ®æi thÓ tÝch, c«ng kü thuËt cña qu¸ tr×nh thø 2 trong n qu¸ tr×nh cña chu tr×nh. MÆt kh¸c chu tr×nh lµ mét hÖ kÝn. C«ng ngoµi hÖ kÝn lµ c«ng thay ®æi thÓ tÝch. C«ng cña chu tr×nh lµ c«ng thay ®æi thÓ tÝch :    n 1i 0 lil (5-2) KÕt hîp víi biÓu thøc (5-1), c«ng cña chu tr×nh :    n 1i KT n 1i i0 i lll (5-3) BiÓu thøc (5-3) cho thÊy c«ng cña chu tr×nh ®-îc tÝnh hoÆc b»ng tæng c«ng thay ®æi thÓ tÝch hoÆc b»ng tæng c«ng kü thuËt cña tÊt c¶ c¸c qu¸ tr×nh trong chu tr×nh. C«ng cña chu tr×nh ®-îc tÝnh theo nhiÖt. Tõ ph-¬ng tr×nh ®Þnh luËt 1: dq = du + dl §èi víi chu tr×nh khÐp kÝn:   dldudq ë ®©y 0du v× u lµ hµm tr¹ng th¸i; 0ldl  c«ng cña chu tr×nh;   iqdq lµ tæng ®¹i sè nhiÖt l-îng cña c¸c qu¸ tr×nh. 59     n 1i i0 ql (5-4) - §èi víi chu tr×nh ®éng c¬ nhiÖt v× q1 > 0, q2 < 0 nªn : l0 = q1 - | q2| (5-5) ë ®©y l0 > 0 v× q1 > | q2|. - §èi víi chu tr×nh m¸y l¹nh hoÆc b¬m nhiÖt. V× q1 < 0 (nh¶ nhiÖt), q2 > 0 (nhËn nhiÖt). l0 = q2 - | q1| (5 - 6) Hay | l0| = |q1| - q2 ë ®©y l0 q2 (5-7) 1.4. HiÖu suÊt nhiÖt, hÖ sè lµm l¹nh vµ hÖ sè b¬m nhiÖt - §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é hoµn thiÖn cña qu¸ tr×nh nhiÖt biÕn thµnh c«ng trong c¸c chu tr×nh ®éng c¬ nhiÖt theo chiÒu thuËn chiÒu kim ®ång hå. Gäi hiÖu suÊt nhiÖt : 1 21 1 0 t q qq q l   (5-8) - §èi víi m¸y l¹nh, hÖ sè lµm l¹nh: 21 2 0 2 qq q l q   (5-9) - HÖ sè b¬m nhiÖt: 21 1 0 1 qq q l q   (5-10) 1.5. Chu tr×nh Carnot Ở ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é nguån nãng vµ nguån l¹nh kh«ng ®æi T1 = const, T2 = const ®Ó ®¹t ®-îc hiÖu suÊt nhiÖt hoÆc hÖ sè lµm l¹nh lín nhÊt cña chu tr×nh thuËn nghÞch th× Carnot ®· ®Ò ra, gäi lµ chu tr×nh Carnot. Chu tr×nh Carnot gåm cã 4 qu¸ tr×nh trong ®ã cã 2 qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt vµ ®o¹n nhiÖt n»m xen kÏ nhau, theo ®Þnh luËt nhiÖt ®éng II qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt lµ qu¸ tr×nh kh«ng thuËn nghÞch. NhiÖt cã thÓ truyÒn ®i khi cã hiÖu sè nhiÖt ®é gi÷a hai vËt. Muèn cã qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt thuËn nghÞch nhiÖt ®é hai vËt ph¶i b»ng nhau. Qu¸ tr×nh nhËn vµ nh¶ nhiÖt tõ nguån nãng sang nguån l¹nh cã nhiÖt ®é kh«ng ®æi lµ c¸c qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt ë nhiÖt ®é c¸c nguån. Qu¸ tr×nh 60 ®o¹n nhiÖt muèn lµ qu¸ tr×nh thuËn nghÞch gi¶ thiÕt chÊt m«i giíi lµ khÝ lý t-ëng (kh«ng cã ma s¸t), do ®ã qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt nµy lµ qu¸ tr×nh ®¼ng entr«pi. Chu tr×nh Carnot thuËn nghÞch, thuËn chiÒu trªn ®å thÞ T - S, P - V a - b lµ qu¸ tr×nh d·n në ®¼ng nhiÖt chÊt m«i giíi tiÕp xóc nguån nãng nhËn nhiÖt q1 ë nhiÖt ®é nguån nãng T1 = const. b - c lµ qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt c¸c chÊt m«i giíi lý t-ëng Sb = Sc c - d lµ qu¸ tr×nh nÐn ®¼ng nhiÖt chÊt m«i giíi tiÕp xóc víi nguån l¹nh vµ nh¶ nhiÖt q2 ë nhiÖt ®é nguån l¹nh kh«ng ®æi T2. d - a lµ qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt vµ ta cã Sd = Sa. - Tõ biÓu thøc ®Þnh nghÜa (5-8): Q1 = qab = T1(Sb - Sa) = T1S. |q2| = |qcd| = T2(Sc - Sd) = T2.S. HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh Carnot: 1 2 1 21 tc T T 1 T TT    (5-11) C«ng thøc (5-11) cho ta thÊy: + HiÖu suÊt cña chu tr×nh Carnot chØ phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña chÊt m«i giíi. + HiÖu suÊt chu tr×nh Carnot bao giê còng nhá h¬n 1 v× thùc tÕ T1  , T2  0 0K. VËy kh«ng thÓ biÕn toµn bé nhiÖt mµ chÊt m«i giíi nhËn cña nguån nãng thµnh c«ng mµ ph¶i tiªu tèn l-îng nhiÖt nhÊt ®Þnh (q2) a b c d T1 T2 S T S a b c d P S q1 q2 61 truyÒn cho nguån l¹nh. + HiÖu suÊt t¨ng khi nhiÖt ®é nguån nãng t¨ng, nhiÖt ®é nguån l¹nh gi¶m. HiÖu suÊt nhiÖt b»ng kh«ng khi T1 = T2. Nh- vËy kh«ng thÓ biÕn nhiÖt thµnh c«ng khi chØ cã mét nguån nhiÖt. + Chu tr×nh Carnot lµ mét chu tr×nh thuËn nghÞch khi nhiÖt ®é hai nguån kh«ng ®æi. HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh Carnot sÏ lín h¬n hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh kh«ng thuËn nghÞch cã cïng nhiÖt ®é nguån nãng vµ nguån l¹nh. 2. Kh¸i niÖm, yªu cÇu vµ ph©n lo¹i chu tr×nh nhiÖt ®éng. 2.1. Kh¸i niÖm chung §éng c¬ ®èt trong lµ ®éng c¬ nhiÖt cã pÝt t«ng trong ®ã nhiªn liÖu ch¸y trùc tiÕp trong xy lanh cña ®éng c¬ vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn ®æi nhiÖt n¨ng thµnh c¬ n¨ng. Dùa vµo sè kú ®Ó thùc hiÖn mét chu tr×nh, ta cã ®éng c¬ 4 kú vµ ®éng c¬ 2 kú. Mét chu tr×nh lµm viÖc cña ®éng c¬ ®èt trong bao giê còng cã 4 qu¸ tr×nh; qu¸ tr×nh n¹p, qu¸ tr×nh nÐn, qu¸ tr×nh ch¸y vµ d·n në, qu¸ tr×nh th¶i. C¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong thùc tÕ rÊt phøc t¹p. §Ó ®¬n gi¶n khi nghiªn cøu chu tr×nh cña ®éng c¬ ®èt trong ta cã mét sè gi¶ thiÕt sau: - C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña m«i chÊt kh«ng thay ®æi trong chu tr×nh. - C¸c qu¸ tr×nh x¶y ra ®Òu lµ thuËn nghÞch, coi qu¸ tr×nh nÐn vµ d·n në lµ qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt. - Qu¸ tr×nh ch¸y thay b»ng qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt vµ qu¸ tr×nh th¶i s¶n phÈm ch¸y b»ng qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt ®¼ng tÝch. 2.2. Ph©n lo¹i Dùa vµo qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt ta cã thÓ chia chu tr×nh lý t-ëng cña ®éng c¬ ®èt trong thµnh 3 lo¹i: 62 - Chu tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch. - Chu tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng ¸p. - Chu tr×nh cÊp nhiÖt hçn hîp. Dùa vµo c¸ch ®èt ch¸y nhiªn liÖu ®éng c¬ ®èt trong chia ra thµnh: - §éng c¬ ch¸y c-ìng bøc. - §éng c¬ tù ch¸y : hçn hîp nhiªn liÖu vµ kh«ng khÝ thùc hiÖn trong xi lanh, bèc ch¸y cuèi qu¸ tr×nh nÐn. 3. S¬ ®å cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng cña ®éng c¬ nhiÖt 3.1. Chu tr×nh lý t-ëng cña ®éng c¬ ®èt trong cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch Chu tr×nh diÔn biÕn trªn ®å thÞ P-V vµ T-S P1 v1 = v4 4 O a T s T1 s1 = s2 1 O 2 v2 P2 2 3 P3 T2 3 T3 s3 = s4 1 4T4P4 P v 1-2 qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt 2-3 qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch víi nhiÖt q1 cÊp vµo 3-4 qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt 4-1 qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt ®¼ng tÝch víi nhiÖt l-îng nh¶ ra q2. C¸c ®¹i l-îng ®Æc tr-ng cho chu tr×nh: Tû sè nÐn: 2 1 n V V  Tû lÖ t¨ng ¸p: 2 3 P P  HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh: 1q q 1 2 63 NhiÖt l-îng cÊp cho chu tr×nh: q1=CV(T3-T2) NhiÖt l-îng nh¶ ra trong chu tr×nh: |q2|= CV(T4-T1) Khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cã thÓ viÕt:        23 14 23v 14v t TT TT 1 TTC TTC 1       (5-1) NhiÖt ®é T4, T3, T2 cã thÓ biÓu diÔn qua T1 nh- sau: + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 1-2 1k 1k 2 1 2 1 V V T T          vµ T2 = T1. k-1. + Trong qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch 2-3:  2 3 2 3 P P T T vµ T3 = T2. = T1.  k-1. + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 3-4. 1k 1k 1 2 1k 4 3 3 4 1 V V V V T T                 vµ T4 = T1. Thay c¸c gi¸ trÞ T4, T3, T2 vµo (5-1) vµ rót gän ta cã hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch: 1kt 1 1   , (5-2). BiÓu thøc (5-2) cho ta thÊy hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch phô thuéc vµo sè mò ®o¹n nhiÖt k vµ tû sè nÐn . 3.2. Chu tr×nh lý t-ëng cña ®éng c¬ ®èt trong cÊp nhiÖt ®¼ng ¸p Chu tr×nh biÓu diÔn trªn ®å thÞ P-V, T-S 1-2 lµ qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt. 2-3 lµ qóa tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng ¸p víi nhiÖt l-îng cÊp vµo lµ q1. 3-4 lµ qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt. 4-1 lµ qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt ®¼ng tÝch víi nhiÖt l-îng nh¶ ra lµ q2. C¸c ®¹i l-îng ®Æc tr-ng cña chu tr×nh: 64 - Tû sè nÐn: 2 1 V V  - §é d·n në sím: 2 3 V V  - HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh: 1 2 t q q 1 - NhiÖt l-îng cÊp cho chu tr×nh: q1 = Cp(T3 - T2) - NhiÖt l-îng nh¶ ra trong chu tr×nh: |q2| = Cv(T4 - T1). - Khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh cã thÓ viÕt : )TT(C )TT(C 1 q q 1 23p 14v 1 2 t    Chó ý Cp = K.Cv, khi ®ã : )TT(K )TT( 1 23 14 t    , (5-3) - C¸c gi¸ trÞ T4, T3, T2 cã thÓ tÝnh theo T1. + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 1-2: 1k 1k 2 1 1 2 V V T T          vµ T2 = T1. k-1. + Trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p 2-3:  2 3 2 3 V V T T vµ T3 = T2.  = T1.  k-1. P v P1 v1 = v4 4 O a T s T1 s1 = s2 1 O 2 v2 P2=P3 23 T2 3 T3 s3 = s4 1 4T4P4 65 + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 3-4. 1k 1k1k 1 2 2 3 1k 4 3 3 4 V V V V V V T T                  vµ k 11k 1k 34 .TTT       - Thay c¸c gi¸ trÞ T4, T3, T2 vµo c«ng thøc (5-3) vµ rót gän: 1k 1k t 1 )1(K 1        , (5-4). 3.3. Chu tr×nh lý t-ëng cña ®éng c¬ ®èt trong cÊp nhiÖt hçn hîp Chu tr×nh biÓu diÔn trªn ®é thÞ P-V, T-S 1-2 lµ qu¸ tr×nh nÐn ®o¹n nhiÖt. 2-3 lµ qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch víi nhiÖt l-îng cÊp vµo lµ q1’. 3-4 lµ qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng ¸p víi nhiÖt l-îng cÊp vµo q1”. 4-5 lµ qu¸ tr×nh d·n në ®o¹n nhiÖt. 5-1 lµ qu¸ tr×nh nh¶ nhiÖt ®¼ng tÝch víi nhiÖt l-îng nh¶ ra q2. - C¸c ®¹i l-îng ®Æc tr-ng cña qu¸ tr×nh: + Tû sè nÐn : 2 1 V V  + §é d·n në sím : 3 4 V V  + Tû lÖ t¨ng ¸p 2 3 P P  P v P1 v1 = v4 5 O a T s T1 s1 = s2 1 O 2 v2=v3 P2 2 3 P3=P4 T2 4 T3 s4 = s5 1 3 T4 P5 4 5 66 + HiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh: 1 2 t q q 1 + NhiÖt l-îng cÊp cho chu tr×nh: q1 = q1’ + q1” = Cv(T3 - T2) + Cp(T4 - T3) q1 = Cv(T3 - T2) + K.Cp(T4 - T3) + NhiÖt l-îng nh¶ ra trong chu tr×nh: |q2| = Cv(T5 - T1). - Khi ®ã hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh cã thÓ viÕt : )TT(KC)TT(C )TT(C 1 q q 1 34p23v 15v 1 2 t    , (5-5) - C¸c gi¸ trÞ T2, T3, T4, T5 cã thÓ tÝnh theo T1. + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 1-2 1k 1k 2 1 2 1 V V T T          vµ T2 = T1. k-1. + Trong qu¸ tr×nh ®¼ng tÝch 2-3:  2 3 2 3 P P T T vµ T3 = T2. = T1.  k-1. + Trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p 3-4:  3 4 3 4 V V T T vµ T4 = T3.  = T1.  k-1.. + Trong qu¸ tr×nh ®o¹n nhiÖt 4-5: 1k 1k 4 5 T T      vµ k15 ..TT  - Thay c¸c gi¸ trÞ T2, T3, T4, T5 vµo (5-5) ta ®-îc: 1k k t 1 )]1(K)1[( 1. 1      , (5-6) 3.4. So s¸nh hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh ®éng c¬ ®èt trong - Cïng tû lÖ nÐn  vµ cïng nhiÖt l-îng q1. 67 + NhiÖt l-îng nh¶ ra trong chu tr×nh . + q2v hh > p. + Nh- vËy nÕu c¸c chu tr×nh lµm viÖc víi cïng tû lÖ nÐn  th× chu tr×nh cÊp nhiÖt ®¼ng tÝch cã hiÖu suÊt cao nhÊt. - Cïng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt lín nhÊt. NhiÖt l-îng cÊp vµo trong chu tr×nh q1p < q1hh < q1v mµ q2 nh- nhau nªn cã: p > hh > v. 4. H¬i n-íc 4.1. Kh¸i niÖm Trong c«ng nghiÖp còng nh- trong ®êi sèng hµng ngµy h¬i n-íc ®-îc dïng rÊt réng r·i víi 2 môc ®Ých. - Lµm chÊt m«i giíi ®Ó biÕn nhiÖt thµnh c«ng trong c¸c m¸y nhiÖt, vÝ dô trong tuabin h¬i ë c¸c nhµ m¸y nhiÖt ®iÖn, ®iÖn nguyªn tö, trong c¸c m¸y h¬i n-íc xe löa, tµu thuû. - Lµm chÊt mang nhiÖt ®Ó nung nãng mét vËt kh¸c. VÝ dô trong c«ng nghiÖp ho¸ chÊt, trong kü thuËt. - Ngoµi ra h¬i n-íc cßn ®-îc sö dông lµm chÊt lµm chËm n¬t¬ron trong c¸c lß ph¶n øng. H¬i n-íc cã tÝnh chÊt kh¸c xa tÝnh chÊt khÝ lý t-ëng v× lùc t¸c dông gi÷a c¸c ph©n tö thÓ tÝch b¶n th©n c¸c ph©n tö lín nªn kh«ng thÓ bá qua ®-îc do ®ã coi h¬i n-íc lµ khÝ thùc cho nªn tÊt c¶ ph-¬ng tr×nh c«ng thøc dïng cho khÝ lý t-ëng ®Òu kh«ng dïng ®-îc cho h¬i n-íc. H¬i n-íc ®-îc s¶n suÊt trong nh÷ng lß h¬i ë ¸p suÊt kh«ng ®æi, tuú theo môc ®Ých, yªu cÇu cô thÓ mµ cã gi¸ trÞ kh¸c nhau trong kho¶ng 2at  300 at - Qu¸ tr×nh biÕn n-íc (pha láng) thµnh h¬i (pha h¬i) b»ng mäi c¸ch gäi chung lµ sù ho¸ h¬i. Theo c¸ch t¹o thµnh h¬i mµ sù hãa h¬i chia thµnh sù bay h¬i vµ sù s«i. 68 + Bay h¬i lµ qu¸ tr×nh t¹o h¬i tiÕn hµnh trªn bÒ mÆt tho¸ng cña chÊt láng bÊt kú ë nhiÖt ®é nµo. Së dÜ cã bay h¬i lµ mét sè ph©n tö chÊt láng khi chuyÓn ®éng ®Õn bÒ mÆt tho¸ng do va ch¹m víi c¸c ph©n tö kh¸c nªn cã ®éng n¨ng cao ®Õn møc th¾ng ®-îc lùc t¸c dông gi÷a c¸c ph©n tö vµ bay ra ngoµi. C-êng ®é bay h¬i cµng t¨ng khi nhiÖt ®é chÊt láng cµng lín - nÕu trªn bÒ mÆt tho¸ng kh«ng bÞ h¹n chÕ th× qu¸ tr×nh bay h¬i tiÕn hµnh liªn tôc. TiÕp tôc cÊp nhiÖt cho chÊt láng, nhiÖt ®é chÊt láng t¨ng, ®Õn mét lóc nµo ®ã ë mét nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh th× phô thuéc vµo ¸p suÊt chÊt láng, bay h¬i cßn x¶y ra trªn bÒ mÆt ®èt nãng vµ ngay trong b¶n th©n chÊt láng, qu¸ tr×nh t¹o ra nh- vËy gäi lµ sù s«i. NhiÖt ®é chÊt láng khi s«i gäi nhiÖt ®é s«i, nhiÖt ®é s«i ký hiÖu lµ ts. Trong qu¸ tr×nh s«i nÕu ¸p suÊt kh«ng ®æi th× ts = const. Nãi c¸ch kh¸c nhiÖt ®é s«i lµ hµm ¸p suÊt. 4.2. Qu¸ tr×nh ho¸ h¬i ®¼ng ¸p cña n-íc 4.2.1. C¸c tr¹ng th¸i cña h¬i Gi¶ sö ta cã xi lanh trong chøa 1kg n-íc ë nhiÖt ®é ban ®Çu t0 = 0 0C, trªn bÒ mÆt cã ®Ëy pÝt t«ng cã träng l-îng kh«ng ®æi do ®ã cã ¸p suÊt cña n-íc cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi P0 = const. Trong qu¸ tr×nh cÊp nhiÖt cho Bay h¬i BÒ mÆt tho¸ng S«i BÒ mÆt ®èt nãng -- -- - - -- -- -- -- - - -- -- -- -- -- -- P0 O A B C D t0C -- -- - - -- -- -- -- - - -- -- -- -- -- -- P0 -- -- - - -- -- -- -- - - -- -- -- -- -- -- P0 -- -- - - -- -- -- -- - - -- -- -- -- -- -- P0 -- -- - - -- -- -- -- - - -- -- -- -- -- -- P0 P0=const q 69 n-íc ®Ó lµm n-íc hãa h¬i, v× pÝt t«ng ®Ì lªn mÆt n-íc nªn kh«ng cã bÒ mÆt tho¸ng, tøc kh«ng x¶y ra sù bay h¬i mµ chØ cã x¶y ra sù s«i. Qu¸ tr×nh biÕn n-íc thµnh h¬i. - §o¹n OA biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®èt nãng tõ t0  ts. + T¹i “0” : V0, u0, i0, t0, + T¹i “A” nhiÖt ®é n­íc ®¹t tíi nhiÖt ®é (ts) vµ b¾t ®Çu x¶y ra sù s«i, bät h¬i ®Çu tiªn xuÊt hiÖn, nghÜa lµ chØ cÇn cÊp thªm nhiÖt n-íc sÏ s«i vµ h¬i ®-îc t¹o thµnh - c¸c th«ng s«i ®­îc ký hiÖu “ ’ ”. VÝ dô : V’, u’, i’, t’, t’s. - §o¹n AC biÓu diÔn qu¸ tr×nh s«i. Trong ®o¹n nµy mÆc dï vÉn cÊp nhiÖt nh-ng nhiÖt ®é cña n-íc gi÷ nguyªn ts = const. NhiÖt cÊp cho n-íc trong ®o¹n AC mµ kh«ng lµm t¨ng nhiÖt ®é. Qu¸ tr×nh nµy gäi lµ nhiÖt ho¸ h¬i. Ký hiÖu lµ dÊu ”. VÝ dô V”,u”,t”,t”s. - H¬i n-íc t¹i ®iÓm B lµ hçn hîp gi÷a n-íc s«i vµ h¬i b·o hßa kh«, h¬i n-íc ë tr¹ng th¸i nµy gäi lµ h¬i b·o hßa Èm. C¸c th«ng sè cña h¬i b·o hßa Èm ký hiÖu “x” . VÝ dô : Vx, ux , tx. §Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i h¬i b·o hoµ Èm ng-êi ta ®-a vµo th«ng sè míi gäi lµ ®é kh« ký hiÖu x: x = Gkg h¬i b·o hoµ kh« Gkg h¬i b·o hoµ Èm + §èi víi h¬i b·o hoµ kh«: x = 1. + §èi víi n-íc s«i: x = 0. Vµ 0  x  1. + §é Èm ký hiÖu y : y = 1 - x = G(kg) nước sôi G(kg) hơi bão hòa ẩm - §o¹n CD biÓu diÔn qu¸ tr×nh ®-a h¬i b·o hoµ kh« thµnh h¬i qu¸ nhiÖt . 70 Sau khi toµn bé n-íc ®· biÕn thµnh h¬i (®iÓm C) nÕu ta tiÕp tôc cÊp nhiÖt, lóc nµy nhiÖt ®é cña h¬i sÏ t¨ng lªn tøc t > ts . H¬i b·o hßa kh« nh-ng nhiÖt ®é lín h¬n nhiÖt ®é s«i gäi lµ h¬i qu¸ nhiÖt. C¸c th«ng sè cña h¬i qu¸ nhiÖt ký hiÖu kh«ng cã chØ sè, vÝ dô V, U, t. 4.2.2. C¸c ®-êng giíi h¹n cña h¬i n-íc Ta biÓu diÔn c¸c ®iÓm O, A, C trªn ®å thÞ P-V. Víi ¸p suÊt P0 ta cã c¸c ®iÓm O, A, C. Víi ¸p suÊt P1 > P0 ta cã c¸c ®iÓm O1, A1, C1. Víi ¸p suÊt P2 > P1 ta cã c¸c ®iÓm O2, A2, C2. - Nèi c¸c ®iÓm O, O1, O2 ta ®-îc d-êng biÓu diÔn sù thay ®æi thÓ tÝch cña n-íc ch-a s«i (t < ts) phô thuéc vµo ¸p suÊt. §-êng nµy hÇu nh- th¼ng ®øng v× thÓ thÝch cña n-íc ch-a s«i hÇu nh- kh«ng thay ®æi theo ¸p suÊt. - Nèi c¸c ®iÓm C, C1, C2 ta ®-îc ®-êng cong d-íi h¹n trªn x = 1 biÓu thÞ tr¹ng th¸i h¬i b·o hoµ kh«. - Hai ®-êng giíi h¹n trªn vµ giíi h¹n d-íi gÆp nhau t¹i ®iÓm K gäi lµ ®iÓm tíi h¹n. §iÓm tíi h¹n K kh«ng cßn sù kh¸c nhau gi÷a n-íc vµ h¬i. C¸c th«ng sè ë tíi h¹n, ký hiÖu chØ sè “K”. VÝ dô : Pk, tk, Vk. Víi n-íc ta cã Pk  225at, tk = 374 0C, Vk  0,003 mm/kg. Trªn ®å thÞ P-V. O2 O1 O A2 C2 P2 B1 C1 P1 A X=0 X=1 C P0 K 71 PhÝa tr¸i x = 0, ë tr¹ng th¸i n-íc ch-a s«i. Trªn ®-êng x = 0 lµ th¹ng th¸i n-íc s«i . PhÇn gi÷a hai ®-êng giíi h¹n x = 0, x = 1 lµ h¬i b·o hoµ Èm. Trªn ®-êng x = 1 lµ h¬i b·o hoµ. Bªn ph¶i ®-êng = 1 lµ h¬i qu¸ nhiÖt. Bµi tËp Bµi 1. X¸c ®Þnh hiÖu suÊt nhiÖt cña chu tr×nh Carno thuËn chiÒu khi biÕt nhiÖt ®é nguån nãng t1 = 927 0C, nhiÖt ®é nguån l¹nh t2 = 27 0C. X¸c ®Þnh hÖ sè lµm l¹nh cña chu tr×nh Carno ng-îc chiÒu khi biÕt nhiÖt ®é nguån nãng t1 = 37 0C, nhiÖt ®é nguån l¹nh t2 = -3 0C? Bài 2. Chu trình Các nô thuận chiều thuận nghịch dùng không khí được tiến hành trong phạm vi nhiệt độ; Tmax = 1000 0 K; Tmin = 200 0K và phạm vi áp suất; Pmax = 80bar, Pmin = 1,2 bar. a) Biểu diễn chu trình trên đồ thị P – v và T – s? b) Xác định các thông số cơ bản ở cá