Tìm hiểu chi tiết những nguyên lý của nhiệt động lực học

Nguyên lý I Nhiệt động lực học

Phát biểu nguyên lý

Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học là sự vận dụng định luật bảo toàn và chuyển hoá nguồn năng lượng vào những hiện tượng kỳ lạ nhiệt .

Độ biến thiên nội năng bằng tổng công và nhiệt lượng nhận được. Được biểu lộ qua công thức sau :

ΔU = A + Q

Phương trình trên diễn đạt được những quy trình truyền và chuyển hoá nguồn năng lượng. Cụ thể là những vật truyền nhiệt, vật thực thi công, vật thu nhiệt … Chúng sẽ bị phụ thuộc vào vào dấu của phương trình .
Có những cách quy ước về dấu của nhiệt lượng và công khác nhau. Bạn hãy quan tâm đến quy ước dưới đây :

• Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng
• Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng
• A > 0: Hệ nhận công
• A < 0: Hệ thực hiện công

Vận dụng

Ta có biểu thức của nguyên lý nhiệt động lực học khi chất khí chuyển trạng thái. Chuyển trạng thái từ 1 sang 2 đơn cử như sau :
ΔU = Q.
Ý nghĩa vật lí của biểu thức :

• Vì nhiệt độ ở trạng thái 2 cao hơn trạng thái 1. Nên khi muốn chuyển ngược lại từ 1 sang 2 thì chất khí phải nhận nhiệt lượng >0. Đồng thời nội năng của chất khí tăng ΔU > 0.
• Trong quá trình đẳng tích, nhiệt lượng chất khí nhận được dùng để làm tăng nội năng.

Nguyên lý II Nhiệt động lực học

Quá trình thuận nghịch

Kéo con lắc ra khỏi vị trí cân đối rồi nhanh gọn thả ra. Con lắc lúc này sẽ bị giao động. Con lắc sẽ chuyển dời qua lại giữa 2 bên nếu không có lực ma sát .

Quá trình trên là một quy trình thuận nghịch. Trong quy trình, vật sẽ tự động hóa quay về trạng thái bắt đầu khi không có can thiệp của vật khác. Quá trình xảy ra với 2 chiều thuận nghịch .

Quá trình không thuận nghịch

Khi đặt ấm nước nóng ngoài không khí, nó sẽ tự truyền nhiệt ra không khí. Sau đó nguội dần khi nhiệt độ nước bằng nhiệt độ không khí. Nhưng lúc này, ấm nước sẽ không tự lấy lại được nhiệt lượng đã truyền. Đồng nghĩa với việc nó không tự quay trở lại trạng thái bắt đầu được. Quá trình này được gọi là quy trình không thuận nghịch .

Nhiệt độ hoàn toàn có thể truyền từ vật nóng sang vật lạnh nhưng không có chiều ngược lại. Nếu muốn xảy ra chiều ngược lại thì cần có sự can thiệp .

Trong vật lý, cơ năng có thể chuyển hoá thành nội năng. Nhưng nội năng thì không chuyển hoá được thành cơ năng. Quá trình chuyển hoá này được gọi là quá trình không thuận nghịch.

Trong tự nhiên cũng có rất nhiều quy trình chuyển hoá không thuận nghịch. Chúng đều không vi phạm nguyên lý I của nhiệt động lực học .

Nguyên lí II nhiệt động lực học

Phát biểu của Clau-đi-út

“ Nhiệt không hề tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn ”. Đây chính là mệnh đề được phát biểu bởi Clau-đi-út, nhà vật lí người Đức. Mệnh đề này chứng minh và khẳng định để truyền nhiệt từ vật lạnh sang nóng thì cần có sự ảnh hưởng tác động. Ông cũng không phủ nhận năng lực truyền nhiệt từ vật lạnh sang nóng .

Phát biểu của Cac-nô

Các-nô đã khái quát mệnh đề bằng việc nghiên cứu và điều tra nhiệt của động cơ. Mệnh đề được phát biểu như sau : “ Động cơ nhiệt không hề chuyển hoá tổng thể nhiệt lượng nhận được thành công xuất sắc cơ học ” .
Hiện nay, những nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã chứng tỏ được 2 phát biểu trên là tương tự .

Vận dụng

Nguyên lý thứ II của nhiệt động lực học sẽ lý giải được một số ít hiện tượng kỳ lạ trong đời sống. Cụ thể là động cơ nhiệt, điều hoà, tủ lạnh, … Động cơ nhiệt là động cơ trong đó nội năng được chuyển hoá một phần thành cơ năng .
Theo nguyên lí II, mỗi động cơ nhiệt đều có ba bộ phận cơ bản như sau :

• Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1)
• Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A). Cùng các thiết bị phát động
• Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân tỏa ra (Q2)

Khi đó hiệu suất của động cơ nhiệt là :
H = ( Q1-Q2 ) / Q1 = | A | / Q1
Trong đó :

• Q1: Nhiệt lượng của nguồn nóng
• Q2: Nhiệt lượng của nguồn lạnh

Hiệu suất của động cơ nhiệt luôn nhỏ hơn 100%. Từ đó suy ra, nhiệt lượng được nguồn nóng cung cấp không hoàn toàn chuyển thành công cơ học.

Bài viết đã phân phối đủ những kiến thức và kỹ năng về nhiệt động lực học. Hy vọng rằng với những san sẻ trên đây sẽ cung ứng cho những bạn những kiến thức và kỹ năng có ích nhé !

Source: https://laodongdongnai.vn
Category: Chia Sẻ Kiến Thức