Nguyên lí của nhiệt động lực học – Chuyển đổi tín hiệu – cảm biến áp suất

Ngày nay, những nguyên lí của nhiệt động lực học được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và trong công nghệ tiên tiến. Đặc biệt hơn là công nghệ tiên tiến về những máy nhiệt thì nguyên lý này càng được vận dụng nhiều. Vậy có những nguyên lý nhiệt động lực học nào ? Theo dõi bài viết dưới đây để được chúng tôi bật mý cho bạn nhé !

1. Nguyên lý I Nhiệt động lực học

1.1. Phát biểu nguyên lý

Nguyên lý I Nhiệt động lực học là sự vận dụng, phối hợp ngặt nghèo giữa định luật bảo toàn và chuyển hoá nguồn năng lượng vào những hiện tượng kỳ lạ nhiệt. Dưới đây là một cách phát biểu về nguyên lý này mà chúng tôi muốn san sẻ tới bạn đọc .Độ biên thiên nội năng của hệ sẽ có giá trị bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được .

ΔU = A + Q

Với quy ước về dấu thích hợp thì biểu thức trên hoàn toàn có thể được dùng để diễn đạt những quy trình truyền và chuyển hoá nguồn năng lượng. Ví dụ như vật triển khai công, vật thu nhiệt, vật truyền nhiệt và thực thi công …Có nhiều cách quy ước về dấu của nhiệt lượng và công khác nhau và ở dưới đây là quy ước đúng mực nhất :

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

Ví dụ đơn cử : Khi cung ứng cho chất khí ở trong xilanh một nhiệt lượng 120J. Chất khí nở ra và đẩy pittông lên thực thi một công là 90J. Nội năng của khí biến thiên một lượng lúc này là bao nhiêu ?Ta có công thức tính nội năng của khí biến thiên một lượng như sau :DU = Q – A = 120 – 90 = 30J .

1.2. Vận dụng nguyên lý I Nhiệt động lực học

Trong hệ trục tọa độ ( p, V ), quy trình này được màn biểu diễn bằng một đường thẳng vuông góc với trục thể tích .Cho chất khí chuyển từ từ từ trạng thái 1 sang trạng thái 2. Khi đó biểu thức của nguyên lý của Nhiệt động lực học có dạng :

ΔU = Q

Ý nghĩa của biểu thức trên:

Do trạng thái 2 có nhiệt độ cao hơn trạng thái 1. Vì vậy để hoàn toàn có thể chuyển từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 yên cầu chất khí phải nhận một nhiệt lượng ( Q > 0 ), nội năng của chất khí tăng ( ΔU > 0 ) .Trong quy trình đẳng tích, nhiệt lượng mà chất khí nhận được chỉ dùng để làm tăng nội năng .

2. Nguyên lý II Nhiệt động lực học

Ví dụ một hòn đá rơi từ trên cao xuống. Nguyên nhân khiến hòn đá và không khí xung quanh nóng lên là do cơ năng của hòn đá chuyển hóa dần thành nội năng của hòn đá. Trong quy trình này, nguồn năng lượng sẽ được bảo toàn. Tuy nhiên hòn đá không hề tự lấy lại nội năng của chính mình và của không khí xung quanh để hoàn toàn có thể quay trở lại được với độ cao bắt đầu. Mặc dù điều này không vi phạm nguyên lí thứ nhất của Nhiệt động lực học. Tại sao lại như vậy ?

2.1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

2.1.1. Ví dụ quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch 

a ) Kéo một con lắc ra khỏi vị trí cân đối rồi thả ra, một điều hiển nhiên bạn sẽ thấy lúc này là con lắc sẽ giao động. Nếu không có ma sát thì con lắc sẽ hoạt động từ vị trí A sang B, rồi từ B tự quay trở lại vị trí A và cứ liên tục như vậy .Quá trình trên được là một quy trình thuận nghịch. Trong quy trình này, vật sẽ tự quay về trạng thái bắt đầu mà không cần đến sự can thiệp của bất kể một vật nào khác. Quá trình này xảy ra theo 2 chiều thuận và nghịch .

b) Một ấm nước nóng khi đặt ở ngoài không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần. Tuy nhiên ấm nước không thể tự lấy mình lại được nhiệt lượng đã truyền cho không khí để trở về một trạng thái ban đầu vốn có. Khi đó, người ta nói quá trình truyền nhiệt là một quá trình không thuận nghịch.

2.1.2. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

Nhiệt hoàn toàn có thể tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn nhưng không thể nào tự truyền theo chiều ngược lại được. Muốn triển khai quy trình ngược ” thì phải dùng một “ máy làm lạnh ”, có nghĩa là phải cần đến sự can thiệp của vật khác .Trong ví dụ nêu ở đầu mục 2, cơ năng hoàn toàn có thể tự chuyển hoá thành nội năng. Tuy nhiên nội năng lại không hề tự mình chuyển hóa lại được thành cơ năng. Quá trình biến hóa nguồn năng lượng này cũng được xem là quy trình không thuận nghịch .Trong tự nhiên có nhiều quy trình chỉ tự xảy ra theo một chiều xác lập, không hề xảy ra được theo chiều ngược lại mặc dầu điều này không vi phạm nguyên lí thứ nhất của Nhiệt động lực học .Như vậy, trong nguyên lý thứ nhất của Nguyên lý động lực học chưa chỉ ra được chiều quá trình tự xảy ra .

2.2. Nguyên lí II Nhiệt động lực học

Nguyên lý thứ hai của Nhiệt động lực học cho biết được chiều mà quy trình hoàn toàn có thể hoặc không hề tự xảy ra. Dưới đây là hai cách phát biểu đơn thuần giúp cho bạn dễ tưởng tượng nhất .

a) Cách phát biểu của Clau-đi-út

“ Nhiệt không hề tự mình truyền từ một vật sang vật nóng hơn ” .Mệnh đề trên được Clau-đi-út – một nhà vật lí người Đức phát biểu vào năm 1850. Mệnh đề đó được xem là một cách phát biểu của nguyên lí thứ hai của Nhiệt động lực học. Nó trọn vẹn không hề phủ nhận năng lực truyền nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng, mà chỉ chứng minh và khẳng định là điều này không hề tự xảy ra được .

b) Cách phát biểu của Cac-nô

Trong động cơ nhiệt thì chỉ có một phần nhiệt lượng do nguyên vật liệu bị đốt cháy phân phối được chuyển hóa thành công xuất sắc cơ học, còn một phần được truyền cho thiên nhiên và môi trường bên ngoài. Cac-nô – nhà vật lý người Pháp, đã khái quát hoá hiện tượng kỳ lạ này trong mệnh đề :“ Động cơ nhiệt không hề chuyển hoá tổng thể nhiệt lượng nhận được thành công xuất sắc cơ học ” .

2.3. Vận dụng

Nguyên lý II Nhiệt động lực học thời nay được vận dụng khá phổ cập vào trong đời sống. Nó lý giải được 1 số ít hiện tượng kỳ lạ trong đời sống kĩ thuật ví dụ như động cơ nhiệt, tủ lạnh, máy điều hoà …Động cơ nhiệt là những động cơ trong đó nội năng được chuyển hoá một phần thành cơ năng .Theo nguyên lí II, mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận chính là :

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

Khi đó hiệu suất của động cơ nhiệt được tính theo công thức dưới đây:

Trong đó :

  • Q1 là nhiệt lượng của nguồn nóng;
  • Q2 là nhiệt lượng của nguồn lạnh.

Hiệu suất của động cơ nhiệt khi nào cũng < 100 %. Có nghĩa là nhiệt lượng do nguồn nóng phân phối không thể nào trọn vẹn biến thành công xuất sắc cơ học .Trên đây là hàng loạt kỹ năng và kiến thức về những nguyên lí của nhiệt động lực học mà chúng tôi muốn san sẻ tới bạn đọc. Hy vọng rằng với những san sẻ ở trên bài viết sẽ phân phối cho bạn những kiến thức và kỹ năng có ích. Thietbikythuat cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết và hẹn gặp lại bạn trong những bài viết tiếp theo nhé !