Nhiệt động lực học và công nghệ sản xuất máy nước nóng năng lượng mặt trời

Nhiệt động lực học là gì?

Nhiệt động lực học là ngành vật lý nghiên cứu mối liên hệ giữa nhiệt lượng và các dạng năng lượng khác. Nhiệt động lực học mô tả cách nhiệt năng biến đổi thành những dạng năng lượng khác và những dạng năng lượng khác biến đổi thành năng lượng như thế nào đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt năng đến vật chất như thế nào.

Nhiệt năng là năng lượng mà một chất hay một hệ chất có được do nhiệt độ của nó, tức là năng lượng của các nguyên tử hay phân tử đang chuyển động. Nhiệt động lực học nghiên cứu việc đo năng lượng này.

>> Xem thêm: Có nên mua máy nước nóng năng lượng mặt trời? Phân biệt ống chân không và ống dầu loại nào tốt?

Nhiệt động lực học ra đời khi nào?

Các nhánh nhiệt động lực học
Nhiệt động học cổ điển
Nhiệt động học cân bằng

• Cân bằng tĩnh và quy luật của các số lớn
• Cân bằng ở cấp độ nguyên tử
• Cân bằng nhiệt

Ứng dụng của nhiệt động lực học

• Nhiệt động lực học ứng dụng vào đời sống.
• Nhiệt động lực học khí quyển: là một phần quan trọng trong các nghiên cứu về khoa học trái đất. Là cơ sở để nghiên cứu khí tượng vật lý, khí tượng cơ sở…
• Nhiệt động hóa học tìm hiểu các tác động của nhiệt động học trong nghành hóa học.
• Nhiệt động lực học ứng dụng trong công nghiệp và nghành sản xuất hàng hóa.

Nhiệt động lực học và công nghệ sản xuất máy nước nóng năng lượng mặt trời

Máy nước nóng năng lượng mặt trời ra đời khi nào?

Những nghiên cứu đầu tiên được thực hiện bởi nhà khoa học người Đức Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) – người đã đề xuất ra thang đo nhiệt độ đầu tiên mang tên ông. Những nghiên cứu sau ông tiếp tục tìm hiểu sự liên quan của quá trình truyền nhiệt giữa các vật thể như nhà bác học Daniel Bernoulli (1700-1782) nghiên cứu động học của các chất khí và tìm ra mối liên hệ giữa khái niệm nhiệt độ với chuyển động vi mô của các hạt. Nhà khoa học Antoine Lavoisier (1743-1794) nghiên cứu và kết luận quá trình truyền nhiệt liên hệ mật thiết với khái niệm dòng nhiệt như một dạng chất lưu.

Thế kỉ thứ 19 đánh dấu sự ra đời của nghành nhiệt động lực học với sự xuất hiện của nhà vật lý người Pháp Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832). Phía sau ông chính là những nghiên cứu mới của các nhà khoa học mới và làm nền tảng cho những phát kiến vĩ đại hơn đó là sự ra đời của máy hơi nước James Watt (1736-1819) nhà phát minh người Scotland và cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ thứ 19 được tạo ra sau đó.

Quan điểm của nhiệt động lực học cổ điển bao gồm:

Nhiệt và nhiệt độ là những khái niệm cơ bản của nhiệt động học. Nhiệt động học cổ điển nghiên cứu tất cả những hiện tượng chịu sự chi phối của: Nhiệt, Sự biến thiên của nhiệt, Nhiệt và nhiệt độ

Các động cơ nhiệt trong nhiệt động học cổ điển đã vươn trở thành khoa học của các động cơ nhiệt hay khoa học về nhiệt động năng. Ngày nay, thay vì dùng khái niệm nhiệt động năng, người ta cho rằng các động cơ nhiệt có thể sinh công cơ học, đồng thời cũng có nhiều cách thức sử dụng nhiệt để tạo ra công. Mọi chuyển động của các vật trong thế giới vĩ mô đều có thể sinh nhiệt làm cho vật nóng lên. Ngược lại, nhiệt có thể làm cho các vật thể vĩ mô chuyển động, đó chính là cơ sở để chế tạo ra các động cơ nhiệt. Trong đó chuyển động được duy trì là nhờ chênh lệch nhiệt độ giữa bộ phận nóng” và “lạnh”.

Nhiệt động học cân bằng với quá trình trao đổi năng lượng ở trạng thái gần cân bằng. Các quá trình nhiệt động học không cân bằng được nghiên cứu bởi nhiệt động học phi cân bằng. Chúng bao gồm:

Nhiệt động lực học ứng dụng trong mọi mặt của đời sống con người. Chúng ta có thể nêu ra một vài ví dụ như:

Một trong những ứng dụng gần gũi nhất với chúng ta đó là ứng dụng sản xuất máy nước nóng năng lượng mặt trời.

Nhiệt động lực học nghiên cứu mối liên hệ giữa nhiệt lượng và các dạng năng lượng khác vì vậy được ứng dụng vào sản xuất các sản phẩm sử dụng năng lượng mặt trời. Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, thuộc dạng năng lượng tái tạo. Kết hợp với nghành vật lý nhiệt động lực học để tạo ra những công trình kiến trúc hoặc các sản phẩm thiết bị phục vụ cho đời sống con người. Trên cơ sở khả năng chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác, con người đã có thể biến bức xạ mặt trời thành nhiệt năng, điện năng, cơ năng, quang năng… để ứng dụng vào mọi mặt trong đời sống.

Một trong những ứng dụng thành công và được sử dụng phổ biến hiện nay đó chính là bình nước nóng năng lượng mặt trời.

Vào thế kỷ XIX, đa phần con người vẫn sử dụng phương pháp truyền thống là dùng gỗ hoặc than đá để đun nóng nước. Sau đó ở một số vùng nông thôn nhiều nắng, nông dân đã nghĩ ra phương pháp chứa nước trong thùng phuy, sơn đen bên ngoài và đậy nắp. Sau đó đem phơi dưới ánh nắng mặt trời suốt cả ngày. Tuy nhiên, những thùng phuy này nhanh chóng bị mất nhiệt khi nhiệt độ hạ xuống.

Năm 1891, Clarence Kemp, Mỹ đã chế ra một loại bồn kim loại có khả năng giữ được nhiệt của nước từ năng lượng mặt trời. Ông là người đầu tiên làm ra bình năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới.

Sau đó sản phẩm của ông được cải thiện hơn bằng việc sử dụng hộp thủy tinh bao xung quanh các ống kim loại giống như phương pháp hiệu ứng nhà kính khiến nước nóng nhanh hơn. Hơn nữa, khối lượng riêng của nước nóng nhẹ hơn nước lạnh sẽ được dồn vào bình chứa (bình bảo ôn) và đảm bảo có thể sử dụng cả ngày và đêm. Từ đó, các ông lớn trên thế giới đã cải tiến sản phẩm nhiều hơn, ứng dụng nhiều kỹ thuật hơn và phân phối rộng rãi hơn. Cho đến ngày nay, sản phẩm đã gần như có mặt trên toàn thế giới, đặc biệt là ở những vùng đất có số giờ nắng trong năm cao.

Từ đầu những năm 90 của thế kỷ XX, máy năng lượng mặt trời bắt đầu xuất hiện tại Việt Nam nhưng mới chỉ nghiên cứu trong các trường đại học hoặc viện nghiên cứu. Đến đầu năm 2000, máy nước nóng năng lượng Mặt Trời đã chính thức được thương mại hóa và sản xuất rộng rãi. Ngày nay, thị trường máy nước nóng năng lượng mặt trời tại Việt Nam đã trở nên rất phong phú và đa dạng với nhiều thương hiệu Việt uy tín như máy nước nóng năng lượng mặt trời cao cấp của toanthang.com.vn.