Vật lý phân tử và nhiệt học - Chương 5

NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 5.1 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÝ I NĐLH Theo nguyên lý I, trong một qúa trình biến đổi để hệ sinh công hệ cần nhận nhiệt, nhiệt hệ nhận đúng bằng tổng công hệ sinh ra và độ biến thiên nội năng của hệ: Q = Δ U +A. Vậy, nguyên lý I là dạng của định luật BTBĐNL, một định luật cơ bản cho mọi ngành khoa học; tất cả các quá trình biến đổi trong tự nhiên đều phải phù hợp với định luật BTBĐNL. Từ đó: - Tất cả các...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý phân tử và nhiệt học - Chương 5 - Trang 77 - CHƯƠNG V : NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 5.1 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA NGUYÊN LÝ I NĐLH Theo nguyên lý I, trong một qúa trình biến đổi để hệ sinh công hệ cần nhận nhiệt, nhiệt hệ nhận đúng bằng tổng công hệ sinh ra và độ biến thiên nội năng của hệ: Q = Δ U +A. Vậy, nguyên lý I là dạng của định luật BTBĐNL, một định luật cơ bản cho mọi ngành khoa học; tất cả các quá trình biến đổi trong tự nhiên đều phải phù hợp với định luật BTBĐNL. Từ đó: - Tất cả các quá trình diển ra trong tự nhiên phải phù hợp với nguyên lý I. Thực tế lại cho thấy: có những quá trình biến đổi phù hợp với nguyên lý I mà vẫn không xảy ra trong tự nhiên. Ví dụ: - Quá trình truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh hoặc từ vật lạnh sang vật nóng, cả hai quá trình nầy đều không vi phạm nguyên lý I. Thực tế cho thấy chỉ có quá trình truyền nhiệt tự phát từ vật nóng sang vật lạnh, quá trình ngược lại không xảy ra tự phát. Điều nầy cho thấy nguyên lý I có những mặt hạn chế sau: Hạn chế của nguyên lý I: - Nguyên lý không cho biết chiều diễn biến của quá trình thực tế xảy ra. - Theo nguyên lý I: công và nhiệt là hai đại lượng tương đương, công có thể biến hoàn toàn thành nhiệt và nhiệt có thể biến hoàn toàn thành công. Thực tế cho thấy: công có thể biến hoàn toàn thành nhiệt, nhưng nhiệt không thể biến hoàn toàn thành công. - Nguyên lý I không đề cập đến chất lượng nhiệt, thực tế cho thấy nhiệt lấy từ nguồn nhiệt độ cao chất lượng tốt hơn lấy từ nguồn nhiệt độ thấp. Như vậy nguyên lý I có nhiều mặt hạn chế, nguyên lý II bổ sung vào nguyên lý I hợp thành một hệ lý luận chặt chẻ nhằm giải quyết các vấn đề kỹ thuật nhiệt. Trước khi đi vào nội dung của nguyên lý II ta xét thế nào là qúa trình biến đổi thuận nghịch và không thuận nghịch. 5.2 QUÁ TRÌNH THUẬN NGHỊCH VÀ QUÁ TRÌNH KHÔNG THUẬN NGHỊCH 5.2.1 Quá trình thuận nghịch Định nghĩa: Một quá trình biến đổi của hệ được gọi là thuận nghịch khi có thể tiến hành theo chiều ngược lại, trong quá trình ngược hệ đi qua các trạng thái trung gian như quá trình thuận. Trên giản đồ (p ,V ) đường biểu đồ của quá trình thuận và quá trình nghịch trùng nhau. p (1) (2) A0 - Trang 78 - - Quá trình (1) → (2 ) là quá trình giản khí, công sinh ra A trong quá trình là diện tích giới hạn bởi biểu đồ và trục V. - Quá trình (2 ) → (1) là quá trình nén khí, công nhận vào A’ trong quá trình cũng là phần diện tích giới hạn bởi biểu đồ và trục V. Khi tiến hành quá trình thuận và quá trình nghịch để đưa hệ về trạng thái ban đầu, độ biến thiên nội năng hệ Δ U = 0. Từ đó: Công sinh ra trong quá trình thuận A = Công nhận vào trong quá trình nghịch A’. Nhiệt nhận vào trong quá trình thuận Q = nhiệt tỏa ra trong quá trình nghịch Q’. - Kết quả : Đối với một quá trình thuận nghịch, sau khi tiến hành quá trình thuận và quá trình nghịch để đưa hệ về trạng thái ban đầu thì môi trường chung quanh hoàn toàn không bị biến đổi. - Quá trình thuận nghịch là quá trình biến đổi được theo hai chiều: chiều thuận và chiều nghịch. Quá trình cân bằng (đã xét) cũng là một quá trình thuận nghịch, nhưng quá trình thuận nghịch không nhất thiết phải là quá trình cân bằng vì trong định nghĩa của quá trình thuận nghịch không bắt buộc trạng thái trung gian phải là trạng thái cân bằng. - Quá trình thuận nghịch là qúa trình lý tưởng khó có thể xảy ra trên thực tế, tuy vậy có thể coi quá trình nén hoặc giãn khí đoạn nhiệt (hoặc đẳng nhiệt) khối khí trong xi lanh diễn ra vô cùng chậm là một quá trình thuận nghịch. p (1) 5.2.2 Quá trình không thuận nghịch Định nghĩa: Quá trình không thuận nghịch là A quá trình mà khi tiến hành theo chiều ngược lại hệ (2) không qua đầy đủ các quá trình trung gian như quá trình thuận. O V1 V V2 Trên giản đồ (p, V ) biểu đồ của quá trình Hçnh thuận và quá trình nghịch không trùng nhau. 52 Như vậy: công và nhiệt hệ nhận từ bên ngoài khác công và nhiệt hệ cung cấp cho bên ngoài; từ đó sau khi tiến hành quá trình thuận và quá trình nghịch để đưa hệ về trạng thái ban đầu bằng các quá trình không thuận nghịch môi trường c ...