Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật - Chương 3: Định luật nhiệt động thứ hai - Nguyễn Thị Minh Trinh

1MÔN HỌC:
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
2CHƢƠNG 3:
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ HAI
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
3Chƣơng 3 Tổng quát
1. HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ 
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2
 Định luật nhiệt động thứ nhất đã chỉ ra rằng: 2 dạng
năng lượng cơ bản là nhiệt lượng và công có thể biến
đổi qua lại lẫn nhau.
 Nhưng định luật này không chỉ rõ được:
 Chiều hướng diễn biến của quá trình
 Điều kiện cần và đủ để quá trình xảy ra
Mức độ biến hóa năng lượng của quá trình
 Và trong thực tế: công có thể biến đổi hoàn toàn
thành nhiệt lượng nhưng nhiệt lượng không thể biến đổi
hoàn toàn thành công.
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
4Chƣơng 3 Tổng quát
1. HẠN CHẾ CỦA ĐỊNH LUẬT 1 VÀ 
SỰ RA ĐỜI CỦA ĐỊNH LUẬT 2 (tt)
 Từ nghiên cứu thực tiễn các nhà khoa học đã tìm ra
một số quy luật và gọi nó là định luật nhiệt động thứ 2
 Định luật nhiệt động thứ 2 chỉ ra được:
 Chiều hướng diễn biến của quá trình
 Thiết lập giới hạn tối đa của sự biến hóa năng 
lượng của quá trình
 Điều kiện để thực hiện các quá trình xảy ra ngược 
với chiều tự nhiên.
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
5Chƣơng 3 Chu trình nhiệt động
2. CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG
Thuận chiều Ngược chiều
Tất cả các loại động 
cơ nhiệt: động cơ 
đốt trong, tuabin 
hơi, tuabin khí, 
Tất cả các loại 
máy lạnh và 
bơm nhiệt
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
6Chu trình thuận chiều
Chƣơng 3 Chu trình nhiệt động
p
v
1
4
3
2
q
2
q
1
sinh coâng
T
s
3
42
1
q
1
q
2
sinh coâng
Hiệu suất nhiệt:
1q
w
 
1
2
1
21
q
q
1
q
qq
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
7Phát biểu Kelvin-Planck
Chƣơng 3 Chu trình nhiệt động
 Không thể có bất kỳ
một động cơ nhiệt nào
có thể biến toàn bộ nhiệt
lượng nhận được thành
ra công.
 Không thể có
bất kỳ một động
cơ nhiệt nào có
hiệu suất là 100%
Vậy với chu trình thuận chiều:
2121 qwqqqw 
Khi G ≠ 1 kg: 21 QWQ hay nhalnóng QWQ 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
8Chu trình ngƣợc chiều
Chƣơng 3 Chu trình nhiệt động
Chu trình bôm nhieätChu trình maùy laïnh
v
q
2
nhaän
coâng
23
p q1
4 1
nhaän
coâng
4 1
3 2
q
1
q
2
v
p
Hệ số làm lạnh:
Hệ số làm nóng:
w
q
qq
q 1
12
1 
 
w
q
qq
q 2
12
2 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
9Phát biểu Clausius
 Không thể có bất kỳ một
máy lạnh hay bơm nhiệt nào
có thể vận chuyển nhiệt
lượng từ nơi có nhiệt độ thấp
đến nơi có nhiệt độ cao mà
không tiêu tốn năng lượng.
 Hệ số làm lạnh của
máy lạnh (hay hệ số
làm nóng của bơm
nhiệt) là một giá trị
xác định, không thể
nào tiến tới vô cùng.
Chƣơng 3 Chu trình nhiệt động
Vậy với chu trình ngược chiều:
1212 qwqqqw 
Khi G ≠ 1 kg: 12 QWQ hay nhalnóng QWQ 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
10
Chƣơng 3 Chu trình Carnot
Chu trình Carnot thuận chiều
1
2
p
V
2
5 6 s
1
T
N
T
T
N = const
T
L = const
q = 0
q = 0
q
1
q
2 3
4
q
2
q
1
3
4
Chu trình Carnot thuaän chieàu
T
L
N
LN
C
T
TT 
 Hiệu suất của chu trình:
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
11
Chƣơng 3 Chu trình Carnot
Chu trình Carnot ngƣợc chiều
1
2
V
2
5 6 s
1
T
N
T
T
N = const
T
L = const
q = 0
q = 0
q
1
q
2
3
4
q
2
q
1
3
4
Chu trình Carnot ngöôïc chieàu
T
L
Hệ số làm lạnh của chu trình:
LN
L
C
TT
T
 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
12
Ý nghĩa của chu trình Carnot
Chƣơng 3 Chu trình Carnot
So saùnh chu trình Carnot vaø chu trình tuabin khí
T
min
Tmax
T
D
q
2
65
4
q
2c
s
3
21
q
1
A
q
1c
B
C
- Chu trình Carnot:
- Chu trình tuabin khí:
 A65ABdt
D65DCdt
1
q
q
1
1
2 
 12651dt
43654dt
1
q
q
1
c1
c2
c 
 c
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
13
Ý nghĩa của chu trình Carnot
Chƣơng 3 Chu trình Carnot
 Trong tất cả các chu trình nhiệt
động tiến hành ở cùng điều kiện
nhiệt độ cực đại Tmax và nhiệt độ
cực tiểu Tmin, chu trình CARNOT
luôn có hiệu suất cao nhất
 Hiệu suất chu trình CARNOT là
mốc để đánh giá mức độ hoàn thiện
của các chu trình trong thực tế.
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
14
VD 3.1
Một động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot
với nhiệt độ nguồn lạnh là 350C, nhiệt độ nguồn nóng
là 6000C. Năng suất nhiệt cần cung cấp là 1000 kW.
Xác định:
1. Công suất sinh ra của chu trình (HP). Trong thực tế
công suất này lớn hơn hay nhỏ hơn.
2. Năng suất nhả nhiệt của chu trình.
Chƣơng 3 Bài tập
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
ĐS:
1. W = 647,19 kW = 867,9 HP
2. Q2 = 352,81 kW
15
VD 3.2
Một chu trình máy lạnh hoạt động giữa nhiệt độ nguồn
lạnh là – 100C và nhiệt độ nguồn nóng là 370C, năng
suất lạnh là 100 kW. Xác định:
1. Hệ số làm lạnh lớn nhất của chu trình.
2. Công nén cần cung cấp (HP)
3. Năng suất nhả nhiệt của chu trình.
Chƣơng 3 Bài tập
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
ĐS:
1. W = 17,87 kW = 23,96 HP
2. Q2 = 117,87 kW
16
VD 3.3
Một máy lạnh làm việc theo chu trình Carnot tiêu thụ
công suất 10 kW. Nhiệt độ nguồn lạnh là 70C và nhiệt
độ nguồn nóng là 270C. Xác định nhiệt lượng lấy
được của nguồn lạnh trong một giây?
Chƣơng 3 Bài tập
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
ĐS:
Q1 = 140 kJ
17
Hết chƣơng 3
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM