Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 7: Nhiệt động lực học

Chương'7'
Nhiệt'động'lực'học'
7/11/15'
Mở'đầu'
1.  Đối&tượng&nghiên&cứu:&Chuyển&động&nhiệt&
!  “Chuyển&động&nhiệt”:&chuyển&động&hỗn&loạn&của&các&
phân&tử/nguyên&tử&(không&có&phương&ưu&tiên)&
2.  Phương&pháp&nghiên&cứu&
!  Phương&pháp&thống&kê:&Dựa&vào&các&quy&luật&thống&
kê&để&tìm&ra&quy&luật&chung&cho&cả&hệ&và&giải&thích&
các&tính&chất&của&hệ.&
!  Phương&pháp&nhiệt&động&lực:&Nghiên&cứu&quá&trình&
trao&đổi&và&chuyển&hóa&năng&lượng&dựa&vào&kết&quả&
thực&nghiệm&từ&sự&quan&sát&các&quá&trình&tự&nhiên&từ&
đó&tổng&quát&hóa&thành&các&nguyên&lý&nhiệt&động&lực&
học.&
7/11/15'
Mở'đầu'
3.  Nội&dung&chính&
!  Thuyết&động&học&phân&tử&
!  Các&quy&luật&phân&bố&phân&tử&
!  Các&nguyên&lý&của&nhiệt&động&lực&học&và&ứng&dụng&
7/11/15'
Khái'niệm'cơ'bản'
1.  Hệ&nhiệt&động:&Tập&hợp&của&các&phân&tử/&nguyên&
tử&chuyển&động&trong&một&không&gian&nhất&định&
=>&môi&trường&xung&quanh&là&phần&còn&lại&của&vũ&
trụ&
!  VD:&tập&hợp&các&phân&tử&khí&trong&bình&bín,&tập&hợp&
các&phân&tử&nước&trong&phích,&
!  Phân&loại:&

  Hệ&cô&lập:&hệ&nhiệt&động&không&trao&đổi&cả&chất&và&năng&
lượng&với&môi&trường&xung&quanh&

  Hệ&kín:&hệ&nhiệt&động&không&trao&đổi&chất&mà&chỉ&trao&đổi&
năng&lượng&với&môi&trường&xung&quanh&

  Hệ&mở:&hệ&nhiệt&động&trao&đổi&cả&chất&và&năng&lượng&
7/11/15'
Khái'niệm'cơ'bản'
2.  Hệ&khí&lý&tưởng&
!  Kích&thước&(đường&kính)&của&các&phân&tử&vô&cùng&
nhỏ,&mỗi&phân&tử&được&coi&như&một&chất&điểm.&
!  Các&phân&tử&khí&luôn&chuyển&động&tịnh&tiến&hỗn&loạn&
theo&mọi&phương&không&có&phương&ưu&tiên.&
!  Các&phân&tử&khí&không&tương&tác&với&nhau,&trừ&khi&va&
chạm.&
!  Va&chạm&giữa&các&phân&tử&là&hoàn&toàn&đàn&hồi.&
3.  Trạng&thái&vi&mô&và&trạng&thái&vĩ&mô&
4.  Thông&số&trạng&thái:&tập&hợp&tất&cả&các&đại&lượng&
đặc&trưng&cho&các&tính&chất&của&hệ&(các&đại&lượng&
p,&V,&T,&m&hoặc&n)&
7/11/15'
Khái'niệm'cơ'bản'
5.  Đại&lượng&vi&mô:&là&những&đại&lượng&đặc&trưng&cho&
tính&chất&riêng&của&từng&phần&tử&trong&hệ:&Tọa&độ&&&&
(x,&y,&x),&vận&tốc&(v),&động&năng&(Wđ)&
6.  Đại&lượng&vĩ&mô:&là&những&đại&lượng&đặc&trưng&cho&
tính&chất&chung&của&toàn&hệ&nhiệt&động:&Kích&
thước&không&gian&(V),&độ&nóng&lạnh&(T),&khối&
lượng&(m),&lượng&chất&(n)&hay&tác&dụng&lên&thành&
bình&(p)&
7.  Phương&trình&trạng&thái:&phương&trình&mô&tả&mối&
liên&hệ&giữa&các&thông&số&trạng&thái&của&một&hệ&
nhiệt&động&
8.  Ví&dụ:&phương&trình&
7/11/15'
( ) 0T,V,pf =
Một'số'thông'số'trạng'thái'vĩ'mô'
7/11/15'
Nhiệt'độ'
1.  Nhiệt&độ&
!  Trong&vật&lý,&nhiệt&độ&là&đại&lượng&đặc&trưng&cho&mức&
độ&chuyển&động&hỗn&loạn&của&các&phần&tử&của&một&hệ&
nhiệt&động&
!  Nhiệt&độ&của&một&hệ&khí&lý&tưởng&tỉ&lệ&thuận&với&động&
năng&trung&bình&của&các&phân&tử&khí&
!  kB&=&1.38×10Ü23&J/K&là&hằng&số&Boltzmann&
!  T&(K)&là&nhiệt&độ&tuyệt&đối&của&hệ&khí&
7/11/15'
Tk
2
3
W Bd =
Nhiệt'độ'
2.  Thang&đo&nhiệt&độ&và&đơn&vị&
7/11/15'
F67.459T
5
9
T
F32T
5
9
T
15.273TT
F
CF
C
!
!
−=
+=
−=
Điểm sôi của 
nước 
Điểm đóng 
băng của nước 
Điểm đóng băng 
của CO2 khô 
Điểm đóng 
băng của Nitơ 
Độ không 
tuyệt đối 
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
!  Xét&một&hình&hộp&kín&chứa&khí&với&mật&độ&n,&không&
đặt&trong&bất&kỳ&một&trường&lực&nào.&Các&phân&tử&khí&
luôn&chuyển&động&hỗn&loạn&theo&mọi&phương&trong&
hộp.&
7/11/15'
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
!  Khi&một&phân&tử&lao&vào&thành&hộp,&nó&bị&nẩy&trở&lại&
và&tác&dụng&một&lực&nhỏ&lên&thành&hộp.&Nhưng&trên&
thực&tế&tại&mọi&thời&điểm&luôn&có&rất&nhiều&phân&tử&
lao&vào&thành&hộp&kết&quả&tạo&ra&một&lực&khá&lớn&
7/11/15'
Tổng&hợp&lực&
Diện&tích&thành&bình&S&
S
F
P =
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
!  Giả&thiết&mọi&phân&tử&trong&hộp&chuyển&động&với&
cùng&vận&tốc&v,&thì&số&phân&tử&có&thể&va&chạm&với&
thành&hộp&là&
&
&
!  Trên&thực&tế&các&phân&tử&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
chuyển&động&hỗn&loạn&không&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
ngừng&theo&6&hướng&khác&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
nhau&nên&chỉ&có&1/6&của&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
ΔN&chuyển&động&về&phía&ΔS.&Vì&thế&trên&thực&tế&số&
phân&tử&va&chạm&với&ΔS&là&
7/11/15'
SΔ
tvΔ
tSvnVnN 00 ΔΔ=⋅=Δ
n0 là mật độ phân tử 
tSvn
6
1
N
6
1
n 0 ΔΔ=Δ=Δ
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
!  Theo&định&lý&2&về&động&lượng&
!  Theo&định&luật&3&Newton&
!  Vậy&lực&tổng&hợp&của&Δn&phân&tử&là&
7/11/15'
( )
t
mv2
ftfvmvmp
Δ
−=#⇒Δ#=−−=Δ
!!!!
t
mv2
fff
Δ
=⇒#−=
!!
t
mv2
tSvn
6
1
fnF 0 Δ
⋅ΔΔ=⋅Δ=
vm
!
vm
!
−
f
!
2
0 Svmn3
1
F Δ=
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
7/11/15'
!  Vậy&áp&suất&của&khối&khí&tác&dụng&lên&thành&hộp&là&
!  Trên&thực&tế&các&phân&tử&có&vận&tốc&khác&nhau&nên&
trong&một&hệ&khí&ta&phải&thay&vận&tốc&bình&phương&
bằng&vận&tốc&bình&phương&trung&bình&của&các&phân&
tử&
2
0mvn3
1
S
F
p =
Δ
=
n
vvv
vv
2
n
2
2
2
122
Δ
+++
=⇒ Δ
!
2
0 vmn3
1
p = Phương trình cơ bản của 
thuyết động học phân tử 
Áp'suất'của'hệ'khí'lý'tưởng'
!  Áp&suất&của&hỗn&hợp&khí,&định&luật&Dalton:&
Với&một&hỗn&hợp&gồm&m&loại&khí&với&mật&độ&riêng&
tương&ứng&là&n1,&n2,&,&nM;&khi&đó&
7/11/15'
Mi210 nnnnn ++++= !!
Mật độ chất khí thứ i trong hệ 
( )
M21
2
M21
2
0
pppp
vmnnn
3
1
vmn
3
1
p
+++=
+++==
!
!
Nội'năng'của'khí'lý'tưởng'
1.  “Nội&năng&=&Tổng&năng&lượng&chứa&trong&hệ&khí”&
2.  Nội&năng&=&Động&năng&+&Thế&năng&tương&tác&giữa&
các&phân&tử&
3.  Đối&với&khí&lý&tưởng&
4.  Đinh&luật&phân&bố&đều&năng&lượng&theo&các&bậc&tự&
do&“động&năng&trung&bình&của&một&phân&tử&được&
phân&bố&đều&theo&các&bậc&tự&do;&mỗi&bậc&tự&do&
mang&một&năng&lượng&bằng”&
7/11/15'
q,dtt,d WWU +=
Tk
2
1
B
kB = 1.38×10–23 J/K là hằng số Boltzmann 
Nội'năng'của'khí'lý'tưởng'
5.  Bậc&tự&do&
!  Bậc&tự&do&i:&số&tọa&độ&cần&thiết&để&xác&định&tọa&độ&của&
một&phân&tử&
!  Đối&với&phân&tử&đơn&nguyên&tử,&bậc&tự&do&i&=&3&
7/11/15'
x
y
z
Tk
2
3
U B=
Nội năng của phân tử 
Nội'năng'của'khí'lý'tưởng'
5.  Bậc&tự&do&
!  Bậc&tự&do&i:&số&tọa&độ&cần&thiết&để&xác&định&tọa&độ&của&
một&phân&tử&
!  Đối&với&phân&tử&gồm&có&2&nguyên&tử,&ngoài&3&tọa&độ&x,&
y,&z&ta&cần&thêm&2&tọa&độ&khác&φ,&θ&để&xác&định&vị&trí&
của&phân&tử&đối&với&chuyển&động&quay,&do&đó&bậc&tự&
do&i&=&5&
7/11/15'
Tk
2
5
U B=
Nội năng của phân tử 
x
y
z
 Nội'năng'của'khí'lý'tưởng'
5.  Bậc&tự&do&
!  Bậc&tự&do&i:&số&tọa&độ&cần&thiết&để&xác&định&tọa&độ&của&
một&phân&tử&
!  Đối&với&phân&tử&gồm&có&nhiều&hơn&2&nguyên&tử,&ngoài&
3&tọa&độ&x,&y,&z&ta&cần&thêm&3&tọa&độ&khác&φ,&θ,&ψ&&để&
xác&định&vị&trí&của&phân&tử&đối&với&chuyển&động&quay,&
do&đó&bậc&tự&do&i&=&6&
7/11/15'
x
y
z
Tk
2
6
U B=
Nội năng của phân tử 
Nội'năng'của'khí'lý'tưởng'
6.  Vậy&đối&với&một&hệ&khí&ở&nhiệt&độ&T&
!  Trong&đó&

  N&là&tổng&số&phân&tử,&m&là&khối&lượng&của&hệ&

  M&là&khối&lượng&nguyên&tử,&NA&là&số&Avogadro&

  kB&là&hằng&số&Boltzmann,&R&là&hằng&số&khí&
7.  Động&năng&trung&bình&của&một&phân&tử&
“Động&năng&trung&bình&chỉ&phụ&thuộc&vào&nhiệt&độ”&
7/11/15'
RT
2
i
nTk
2
i
nNTk
2
i
NU BAB ===
Tk
2
i
w Bd =
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
1.  Năng&lượng,&công&và&nhiệt&lượng&
!  Năng&lương:&đại&lượng&đặc&trưng&cho&mức&độ&vận&
động&của&vật&chất.&Mỗi&trạng&thái&của&vật&ứng&với&một&
mức&năng&lượng&cố&định&=>&năng&lượng&là&hàm&của&
trạng&thái.&
!  Công&và&nhiệt&lượng&

  Truyền&một&năng&lượng&cho&khối&khí&trong&xi&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
lanh&làm&khối&khí&giãn&nở&đẩy&pít&tông&dịch&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
chuyển&=>&khối&khí&thực&hiện&công.&

  Nếu&giữ&cố&định&piston&thì&năng&lượng&được&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
truyền&cho&các&phân&tử&khí&làm&chúng&chuyển&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
động&hỗn&loạn&nhanh&hơn&=>&nhiệt&độ&khí&trong&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
xi&lanh&tăng&lên&=>&nội&năng&của&khối&khí&tăng&lên&
7/11/15'
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
2.  So&sánh&công&và&nhiệt&lượng&
!  Giống&nhau:&

  Đều&là&đại&lượng&đo&mức&độ&trao&đổi&năng&lượng&của&một&hệ&
nhiệt&động&

  Là&hàm&của&quá&trình&không&phải&hàm&trạng&thái&
!  Khác&nhau:&

  Công&liên&quan&đến&chuyển&động&có&định&hướng&của&hệ&

  Nhiệt&lượng&liên&quan&đến&chuyển&động&hỗn&loạn&của&các&
phân&tử.&
3.  Sự&tương&đương&giữa&công&và&nhiệt&lượng&
7/11/15'
J18.4calo1 =
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
4.  Nội&dung&của&nguyên&lý&I&
!  Phát&biểu&“Độ&biến&thiên&nội&năng&của&một&hệ&bằng&
tổng&công&và&nhiệt&lượng&hệ&nhân&được”&
!  Quy&ước:&&

  A&>&0,&Q&>&0;&hệ&nhận&công&và&nhiệt&lượng&từ&môi&trường&
xung&quanh&

  A&<&0,&Q&<&0;&hệ&sinh&công&và&tỏa&nhiệt&ra&môi&trường&xung&
quanh&
!  Đối&với&quá&trình&biến&đổi&vô&cùng&nhỏ&
7/11/15'
QAUUU 12 +=−=Δ
dU = δA +δQ
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
5.  Ý&nghĩa&của&nguyên&lý&1&
!  A&>&0,&Q&>&0;&hệ&nhận&công&và&nhiệt&lượng&từ&môi&
trường&xung&quanh,&khí&đó&ΔU&>&0.&
!  A&<&0,&Q&<&0;&hệ&thực&hiện&công&và&tỏa&nhiệt&ra&môi&
trường&xung&quanh,&khí&đó&ΔU&<&0.&
!  A&=&0,&Q&=&0;&khí&đó&ΔU&=&0,&nội&năng&của&hệ&được&bảo&
toàn&
“Nguyên&lý&1&của&nhiệt&động&lực&học&thực&chất&là&
nguyên&lý&bảo&toàn&năng&lượng&áp&dụng&cho&một&hệ&
nhiệt&động”&
7/11/15'
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
6.  Hệ&quả&của&nguyên&lý&1&
!  Hệ&quả&1:&Hệ&cô&lập&gồm&hai&vật&trao&đổi&nhiệt&với&
nhau,&nhiệt&lượng&của&vật&này&tỏa&ra&bằng&nhiệt&
lượng&của&vật&kia&thu&vào&
!  Hệ&quả&2:&Hệ&không&trao&đổi&nhiệt&với&môi&trường&
⇒ &Hệ&liên&tục&thực&hiện&công&đến&khi&mất&hết&năng&
lượng,&nội&năng&bằng&0&thì&không&thể&sinh&công&nữa&
7/11/15'
21 QQ0A;0U −=⇒==Δ
0UU0AUA0Q 12 <−⇔<⇒Δ=⇒=
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
6.  Hệ&quả&của&nguyên&lý&1&
!  Hệ&quả&3:&Động&cơ&nhiệt&hoạt&động&theo&chu&trình&
khép&kín&công&sinh&ra&cân&bằng&với&nhiệt&lượng&nhận&
vào&
⇒ &Điều&đó&có&nghĩa&là&“hệ&sinh&công&thì&bắt&buộc&phải&
nhận&nhiệt&và&ngược&lại&hệ&tỏa&nhiệt&khi&nhận&công&
từ&môi&trường”.&
!  Kết'luận:&Không&tồn&tại&động&cơ&vĩnh&cửu&loại&I:&

  Hoặc&sinh&công&mãi&mãi&mà&không&nhận&nhiệt.&

  Hoặc&sinh&công&lớn&hơn&nhiệt&nhận&vào.&
7/11/15'
QA0UUU 12 −=⇒=Δ⇒=
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
7.  Công&mà&hệ&nhận&được&trong&một&quá&trình&
!  Áp&suất&tác&dụng&lên&pit&tông&
!  Công&mà&hệ&nhận&được&
!  Lấy&tích&phân&theo&quá&trình&biến&đổi&từ&trạng&thái&1&
đến&trạng&thái&2&(diện&tích&dưới&đường&cong)&
7/11/15'
SpFS/Fp ⋅=⇒=
( )dlSdVvìpdVpSdlFdldA ⋅=−=−=−=
∫∫ −==
2
1
V
V
2
1
pdVdAA
Dấu trừ (-) vì thể tích của hệ giảm 
S 
Ngoại lực 
ℓd
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
8.  Nhiệt&lượng&hệ&nhận&được&trong&một&quá&trình&
!  Nhiệt&lượng&mà&hệ&nhận&được&
!  c&là&nhiệt&dung&riêng&của&một&chất,&có&giá&trị&bằng&
nhiệt&lượng&nhận&cần&thiết&để&làm&tăng&một&đơn&vị&
khối&lượng&chất&khí&lên&1&độ&
!  Nhiệt&dung&phân&tử&(1&mol):&
7/11/15'
cmdTdQ =
( )K.kg/J
mdT
dQ
c =
( )K.mol/JcMC ⋅=
đối với quá trình đẳng tích 
đối với quá trình đẳng áp !
"
#
=
p
v
C
C
C
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
9.  Quá&trình&đẳng&tích&
7/11/15'
2
iR
CTC
M
m
Q và 0A
T
2
iR
M
m
Tk
2
i
NUTk
2
i
NU
QU0pdVAconstV
Vv
BB
V
V
2
1
=⇒Δ==
Δ==Δ⇒=
=Δ⇒=−=⇒= ∫
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
10. Quá&trình&đẳng&áp&
7/11/15'
( )
( )
TC
M
m
TR
M
m
T
2
iR
M
m
Q
TR
M
m
VPconstP
VVPT
2
iR
M
m
AUQ
VVPpdVAconstP
P
12
12
V
V
2
1
Δ=Δ+Δ=
Δ=Δ⇒=
−+Δ=−Δ=
−−=−=⇒= ∫
i
2i
C
C
v
p +==γ gọi là hệ số Poisson 
R
2
2i
RCC VP
+
=+=⇒
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
11. Quá&trình&đẳng&nhiệt&
7/11/15'
∫∫ −=−=
=⇒==
−=⇒=Δ⇒=
2
1
2
1
V
V
11
V
V
1
12211
V
dV
VppdVA
V
V
pppVVpVp
AQ0UconstT
2
1
1
2
11 V
V
lnRT
M
m
V
V
lnVpA =−=
1
2
V
V
lnRT
M
m
AQ =−=
V
p
1p
2p
2V1V
1
2
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
12. Quá&trình&đoạn&nhiệt#
7/11/15'
( ) constVln1Tln =−+ γ
11
C
C
C
R
CRC
v
p
v
vp −=−=⇒+= γ
( ) constTp constpV constTV
1
1 =⇔=⇔=
−
− γ
γ
γγ
!
!
"
!!
#
$
=+
−=
⇒
!
!
'
!!
(
)
=−=
==
=+=⇒=
0
V
dV
C
R
T
dT
V
dV
RTdTC
RT
M
m
pV;pdVA
dTC
M
m
dT
2
iR
M
m
dU
AQAdU0Q
v
vv
δ
δδδδ
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
12. Quá&trình&đoạn&nhiệt#
!  Độ&biến&thiên&nội&năng&
!  Công&nhận&được&trong&quá&trình&đoạn&nhiệt&
7/11/15'
T
2
iR
M
m
U Δ=Δ
( )
1
VVVp
V
dV
VppdVA
V
V
ppVppV
V
dV
VppdVA
1
1
1
211
V
V
11
V
V
1
111
V
V
11
V
V
2
1
2
1
2
1
2
1
−
−
=−=−=
=⇒=
−=−=
−−
∫∫
∫∫
γ
γγγ
γ
γ
γ
γ
γγ
Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'
12. Quá&trình&đoạn&nhiệt#
!  Công&nhận&được&trong&quá&trình&đoạn&nhiệt&
7/11/15'
( )
( )
( ) 1
1211
111
1122
2211
11
1
211
1
1
1
211
V
V
11
V
V
T1
TTVp
ART
M
m
Vp
1
VpVp
A
VpVp
1
VpVVp
A
1
VVVp
V
dV
VppdVA
2
1
2
1
−
−
=⇒=
−
−
=⇒
#
$
#
%
&
=
−
−
=
−
−
=−=−=
−
−−
∫∫
γ
γ
γ
γ
γγ
γγ
γγγ
γ
γ
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
1.  Những&hạn&chế&của&nguyên&lý&I&
!  Hạn'chế'1:&“Không&chỉ&rõ&chiều&của&quá&trình&truyền&
nhiệt;&Trong&thực&tế&nhiệt&chỉ&truyền&từ&vật&nóng&
sang&vật&lạnh&mà&không&truyền&theo&chiều&ngược&lại”.&
!  VD1:&Thả&viên&đá&lạnh&vào&cốc&nước&nóng&=>&đá&tan.&
Nhiệt&lượng&truyền&từ&cốc&nước&nóng&sang&viên&đá&
lạnh&mà&ko&có&điều&ngược&lại.&
!  VD2:&Nhiệt&lượng&truyền&từ&bếp&lửa&sang&dụng&cụ&
nấu&ăn,&ko&có&điều&ngược&lại.&
7/11/15'
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
1.  Những&hạn&chế&của&nguyên&lý&I&
!  Hạn'chế'2:&“Không&phân&biệt&được&công&và&nhiệt&
lượng:&trên&thực&tế&công&có&thể&chuyển&hóa&hoàn&
toàn&thành&nhiệt&nhưng&nhiệt&không&thể&tự&nhiên&
chuyển&hóa&thành&công”.&
!  VD:&Một&hòn&đá&rơi&từ&độ&cao&h&xuống&mặt&đất,&toàn&
bộ&công&của&lực&hấp&dẫn&A&=&Wt&=&mgh&đã&biến&thành&
nhiệt&lượng&Q&làm&hòn&đá&và&mặt&đất&nóng&lên.&Ở&
chiều&ngược&lại&nếu&cung&cấp&cho&hòn&đá&đang&nằm&
trên&mặt&đất&một&nhiệt&lượng&đúng&bằng&Q&thì&nó&
không&thể&biết&thành&công&làm&hòn&đá&tự&nhảy&lên&độ&
cao&h&được&
7/11/15'
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
1.  Những&hạn&chế&của&nguyên&lý&I&
!  Hạn'chế'3:'“Không&đánh&giá&được&chất&lượng&nguồn&
nhiệt:&Thực&tế&những&nguồn&nhiệt&có&nhiệt&độ&cao&
hơn&thường&có&chất&lượng&hơn”.&
!  VD:&mở&to&bếp&ga&đun&nước&sôi&nhanh&hơn&
⇒ &Như&vậy&lý&thuyết&nhiệt&động&lực&học&dựa&trên&cơ&sở&
của&nguyên&lý&1&có&những&hạn&chế&nhất&định&trong&
việc&giả&thích&một&số&hiện&tượng&tự&nhiên&mặc&dù&
nguyên&lý&1&không&vi&phạm&định&luật&bảo&toàn&và&
chuyển&hóa&năng&lượng.&Vì&thế&ta&cần&phải&bổ&sung&
cho&nguyên&lý&1&để&hoàn&thiện&lý&thuyết&nhiệt&động&
lực&học.&
7/11/15'
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
2.  Phát&biểu&nguyên&lý&II&
!  Clausius:&“Nhiệt&không&thể&tự&động&truyền&từ&nguồn&
lạnh&sang&nguồn&nóng”&hay&“không&thể&chế&tạo&được&
máy&lạnh&vĩnh&cửu”&
!  Thompson:&“Không&thể&chế&tạo&được&động&cơ&nhiệt&
hoạt&động&theo&một&chu&trình&khép&kín&liên&tục&
chuyển&hóa&nhiệt&thành&công&mà&chỉ&tiếp&xúc&với&một&
nguồn&nhiệt&duy&nhất”&hay&“không&thể&chế&tạo&được&
động&cơ&vĩnh&cửu&loại&2&(đó&là&loại&động&cơ&hoạt&động&
mà&chỉ&tiếp&xúc&với&một&nguồn&nhiệt&duy&nhất)”&
7/11/15'
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
3.  Động&cơ&nhiệt&
!  Máy&biến&đổi&nhiệt&thành&công&
!  VD:&động&cơ&hơi&nước,&động&cơ&đốt&trong&
!  Hoạt&động&tuần&hoàn&theo&chu&trình&khép&kín&
!  Tác&nhân:&hơi&nước,&chất&khí,&ga,&xăng,&dầu&&
7/11/15'
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
4.  Hiệu&suất&của&động&cơ&nhiệt&
7/11/15'
Nguồn'
nóng'(Q1)'
Nguồn'
lạnh'(Q2)'
ĐC'nhiệt' Công'A'
Hiệu&suất& Công&thực&hiện&
Nhiệt&hấp&thụ&
từ&nguồn&nóng&
Nhiệt&nhả&ra&
nguồn&lạnh&
η =
A
Q1
=
Q1 −Q2
Q1
=1−
Q2
Q1
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
5.  Chu&trình&Carnot:&
!  Hai&quá&trình&đẳng&nhiệt&(12)&và&(34)&
!  Hai&quá&trình&đoạn&nhiệt&(23)&và&(41)&
!  Hiệu&suất&
7/11/15'
p
V
1
2
34
T1
T2
Q1
Q2
η =1−
T2
T1
Hiệu suất của chu 
trình Carnot với tác 
nhân là khí lý tưởng 
chỉ phụ thuộc vào 
nhiệt độ của nguồn 
nóng và nguồn lạnh 
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
6.  Giải&thích&hạn&chế&nguyên&lý&1&bằng&nguyên&lý&2&
!  HC1:&
!  HC2:&Luôn&có&hao&phí&η&<&1&
!  HC3&
7/11/15'
η ≤1⇔1−
T2
T1
≤1⇒ T2 ≤ T1
T2 > T1⇒ η < 0
η <1⇔
A
Q1
<1⇒ A <Q1
η1 =1−
T2
T1
; η2 =1−
T2
"T1
T1 < "T1 ⇒
T2
T1
>
T2
"T1
⇒1−
T2
T1
<1−
T2
"T1
⇔η1 < η2
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
7.  Máy&lạnh&
!  Dùng&công&để&chuyển&nhiệt&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
từ&nguồn&lạnh&sang&nguồn&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
nóng&
!  Tác&nhân:&Khí&ga&
!  VD:&Tủ&lạnh,&điều&hòa&nhiệt&độ&
!  Hệ&số&làm&lạnh&
!  Đối&với&chu&trình&Carnot&
7/11/15'
Nguồn'
nóng'(Q1)'
Nguồn'
lạnh'(Q2)'
Công'A'Máy'lạnh'
ε =
Q2
A
=
Q2
Q1 −Q2
ε =
T2
T1 −T2
Nguyên'lý'2'của'nhiệt'động'lực'học'
7.  Máy&lạnh&
!  Nguyên&lý&hoạt&động&
7/11/15'
D
àn
&n
ón
g& Dàn&lạnh&
Máy&nén&
Van&giãn&nở&
đột&ngột&
Hết'chương'7'
7/11/15'