Công thức tính công trong quá trình đoạn nhiệt

Nhiệt học- 34 -dU = δA =m iR.dTµ 2Thay δA = - pdV vàvào [31’], ta được :− pdV =mCv .dTµ[31’][31”]Thay P từ phương trình trạng thái khí lý tưởng [31”], ta được :− RTHay :mà :dV= C v .dTVdT R dV+=0T Cv V[32]R C p − Cv== γ − 1 . Lấy tích phân [32], ta được :CvCvlnT + [γ -1]lnV = constln[T.Vγ-1]= const= constT.Vγ-1[33][33] cho mối liên hệ giữa T và V trong quá trình đoạn nhiệt.Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng, ta tìm được mối liên hệgiữa các thông số trạng thái :pV γ = const1− γγT.p= const[34][35]p2’p1Trần Kim Cương1Khoa Vật lýNhiệt học- 35 p220V1V2VH.11Trên đồ thò [p,V], quá trình đoạn nhiệt được biểu diễn bằng đườngcong tuân theo [34]. Đoạn 1-2 ứng với quá trình dãn đoạn nhiệt, đoạn 1-2’ứng với quá trình nén đoạn nhiệt. Đường đoạn nhiệt dốc hơn đường đẳngnhiệt [H 11]. Ta có thể giải thích như sau : Quá trình đoạn nhiệt δQ=0, độbiến thiên nội năng đúng bằng công khối khí nhận được. Khi nén đoạnnhiệt δQ> 0, theo [31’] ta thấy dU>0, do đó dT>0 và như vậy nhiệt độ củakhối khí tăng lên, do đó đường đoạn nhiệt đi lên nhanh hơn đường đẳng

nhiệt. khi dãn đoạn nhiệt δQkhối khí giảm, đường đoạn nhiệt đi xuống nhanh hơn đường đẳng nhiệt.Kết quả đường đoạn nhiệt dốc hơn đường đẳng nhiệt.Từ [33], [34] và [35] ta có thể tính A từ [31] :v2A = − ∫ pdVv1Vì :γpV =p1V1γnênp=p1V1γVγThay vào trên được :A= - p1V1γV2[dV p1V1γγ −1γ −1∫ V γ = γ - 1 = V2 − V1V1]γ −1⎤p1V1 ⎡⎛ V2 ⎞⎢⎜ ⎟ − 1⎥A=γ − 1 ⎢⎜ V1 ⎟⎥⎦⎣⎝ ⎠Nếu thayγp1V1γ = p 2 V2 , ta được :Trần Kim CươngKhoa Vật lýNhiệt học- 36 -p1V1 − p1V1γ −1mRT1 vào [36], ta được :Nếu thay p1V1 =µA=γ −1⎤m RT1 ⎡⎛ V2 ⎞⎢⎜ ⎟ − 1⎥A=µ γ − 1 ⎢⎜ V1 ⎟⎥⎦⎣⎝ ⎠[37][38]Hay:γ −1⎤⎡⎛ p2 ⎞ γm RT1 ⎢⎜ ⎟ − 1⎥A=⎥µ γ − 1 ⎢⎜ p1 ⎟⎝ ⎠⎥⎢⎦⎣[39]Công, nhiệt và biến thiên nội năng của khối khí trong các quá trìnhbiến đổi và khảo sát có thể tóm tắt trong bảng 1.*- Quá trình đa biến :Các quá trình đã xét ở trên là những trường hợp riêng của quá trìnhđa biến. Đó là quá trình áp suất và thể tích khí lý tưởng liên hệ với nhau bởihệ thức :PV n = const[40]Với n = [-∞, +∞]. Các trường hợp riêng của quá trình đa biến nêutrong bảng sau :N01γTrần Kim CươngQuá trìnhĐẳng ápĐẳng nhiệtĐoạn nhiệtKhoa Vật lýNhiệt học- 37 -Đẳng tích±∞Bảng 1mC ∆Tµ vAQ∆U = A + QĐẳng tíchp= constT0mC v ∆TµmC v ∆TµĐẳng ápP= constTP[V1 − V2 ]mC p ∆TµmCv ∆TµĐẳng nhiệtPV = constmVRT ln 1µV2mV2RT lnµV10Đoạn nhiệtPV γ = constmC v ∆Tµ0mC v ∆TµQuá trìnhPhươngtrình củaquá trìnhTrần Kim CươngKhoa Vật lýNhiệt học- 38 -CHƯƠNG 3. NGUYÊN LÝ II NHIỆT ĐỘNG HỌCTa đã biết các quá trình biến đổi vó mô trong tự nhiên đều tuântheo nguyên lý I nhiệt động học. Nguyên lý I thể hiện đònh luật bảotoàn và chuyển hoá năng lượng, nó cho ta thấy mối tương quan giữacông và nhiệt về mặt số lượng : nếu xảy ra sự biến đổi giữa công vànhiệt thì sự biến đổi này theo một tỷ lệ hoàn toàn xác đònh. Tuy nhiênnguyên lý I không cho biết quá trình biến đổi giữa công và nhiệt trongtự nhiên diễn ra theo chiều nào cũng như sự khác biệt giữa công vànhiệt. Trong thực tế, có những quá trình vó mô hoàn toàn phù hợp vớinguyên lý I nhưng không bao giờ xảy ra trong tự nhiên. Ta xét vài thídụ :+ Xét hệ cô lập gồm hai vật có nhiệt độ khác nhau tương tácnhau bằng cách trao đổi nhiệt. Theo nguyên lý I nhiệt lượng tỏa ra từvật này bằng nhiệt lượng mà vật kia thu vào theo chiều nào cũng được.Tuy nhiên thực tế cho thấy chỉ có quá trình nhiệt truyền từ vật nóngsang vật lạnh hơn mà không xảy ra quá trình theo chiều ngược lại.+ Một vật khối lượng m ở độ cao h trên mặt đất, khi rơi xuống[bỏ qua ma sát với không khí] đất, động năng của nó tăng dần, thếnăng giảm dần; tới mặt đất động năng của nó đạt cực đại bằng m.g.h,còn thế năng bằng 0 ; khi va chạm với mặt đất động năng này chuyểnhóa thành nhiệt làm đất nóng lên. Quá trình ngược lại : vật ở trên mặtđất lấy một nhiệt lượng bằng m.g.h, chuyển động lên đến độ cao h –Quá trình này phù hợp với nguyên lý I, nhưng trong thực tế không baogiờ xảy ra.+ Có 2 bình chứa khí với áp suất khác nhau. Khi nối hai bìnhthông nhau thì để tự nhiên sẽ tiến tới trạng thái san bằng áp suất màkhông xảy ra quá trình ngược lại : khí dồn từ bình áp suất thấp sangbình áp suất cao; mặc dù 2 quá trình đều phù hợp với nguyên lý I.Như vậy nguyên lý I không cho biết chiều diễn biến của các quátrình xảy ra trong tự nhiên.Trần Kim CươngKhoa Vật lýNhiệt học- 39 -Nguyên lý I cũng không cho thấy sự khác nhau trong quá trìnhchuyển hoá giữa công và nhiệt. Theo nguyên lý I công và nhiệt làtương đương nhau, có thể chuyển hoá lẫn nhau. Nhưng thực tế chothấy công có thể chuyển hoá hoàn toàn thành nhiệt, nhưng nhiệt chỉcó thể biến đổi 1 phần thành công mà không thể biến đổi hoàn toànthành công.Nguyên lý I cũng không cho thấy chất lượng của nhiệt. Thực tếcho thấy cùng một nhiệt lượng, nhưng nếu lấy ở nguồn có nhiệt độ caosẽ có chất lượng cao hơn nếu lấy ở nguồn có nhiệt độ thấp hơn.Như vậy nguyên lý I không giải quyết được nhiều hiện tượngtrong tự nhiên. Nguyên lý II sẽ khắc phục những hạn chế trên củanguyên lý I, cũng với nguyên lý I tạo thành một hệ thống lý luận chặtchẽ làm cơ sở cho việc nguyên cứu nhiệt học.Ngoài ra nguyên lý II còn đóng vai trò rất quan trọng trong kỹthuật của các động cơ nhiệt.Trần Kim CươngKhoa Vật lý

Câu trả lời đúng nhất: Quá trình đoạn nhiệt là quá trình xảy ra mà không có sự trao đổi nhiệt hay vật chất giữa hệ và môi trường ngoài. Trong một quá trình đoạn nhiệt, năng lượng được trao đổi chỉ là công. Quá trình đoạn nhiệt cung cấp một cơ sở khái niệm khắt khe cho lý thuyết được sử dụng để giải thích định luật 1 của nhiệt động lực học, và do đó nó là một khái niệm quan trọng trong nhiệt động lực học.

Bài viết dưới đây sẽ giải đáp mọi thắc mắc cho bạn về quá trình đoạn nhiệt. Hãy cùng theo dõi nhé!

1.Quá trình đoạn nhiệt

Quá trình đoạn nhiệt là quá trình xảy ra mà không có sự trao đổi nhiệt hay vật chất giữa hệ và môi trường ngoài. Điều này có nghĩa là trong môi trường xung quanh của hệ thống, tức là phần vũ trụ đang được nghiên cứu, không có sự thay đổi nhiệt độ nào nên được cảm nhận mà chỉ có tác dụng. Nó là một trong những quá trình cơ bản của nhiệt động lực học. Không giống như các quá trình khác [đẳng tích, đẳng tích và đẳng nhiệt], không có biến vật lý nào của nó không đổi; nghĩa là độ lớn của áp suất, thể tích, nhiệt độ và entropi thay đổi khi quá trình đoạn nhiệt phát triển. Một đặc tính quan trọng khác của các quá trình đoạn nhiệt là chúng thực hiện hoặc tiêu thụ công việc tỷ lệ thuận với sự biến thiên của năng lượng bên trong hệ thống của chúng; trong trường hợp này, các phân tử của nó trong pha khí. Điều này có thể được chứng minh nhờ định luật đầu tiên của nhiệt động lực học.

2. Ứng dụng quá trình đoạn nhiệt

Với một hệ kín, có thể viếtđịnh luật một nhiệt động lực họclà:ΔU=Q+W, vớiΔUlà thay đổi nội năng của hệ[Q]là lượng năng lượng thêm vào dưới dạng nhiệt, vàWlà công tác dụng vào nó bởi môi trường xung quanh.

- Nếu hệ có tường cứng đến mức mà công không thể được truyền ra hoặc vào [W= 0], và tường của hệ không đoạn nhiệt và năng lượng được thêm vào dưới dạng nhiệt [Q> 0], và không có thay đổi pha nào, nhiệt độ của hệ sẽ tăng.

- Nếu hệ có tường cứng đến mức mà công áp suất-thể tích không thể được thực hiện, và tường của hệ đoạn nhiệt [Q= 0], nhưng năng lượng được được thêm vào là công đẳng tích dưới dạng ma sát hoặc sự khuấy của chất lưu nhớt trong hệ [W> 0], và không có thay đổi pha, nhiệt độ của hệ sẽ tăng.

- Nếu tường của hệ đoạn nhiệt [Q= 0], nhưng không cứng [W≠ 0], cà, trong một quá trình tiêu chuẩn hóa tưởng tượng, năng lượng được thêm vào hệ dưới dạng không ma sát, công áp suất-thể tính không nhớt, và không có thay đổi pha, nhiệt độ của hệ sẽ tăng lên. Quá trình như vật được gọi làđẳng entropyvà được cho là "thuận nghịch". Một cách tưởng tượng, nếu quá trình được đảo ngược, năng lượng thêm vào dưới dạng công có thể hồi phục hoàn toàn dưới dạng công thực hiện bởi hệ. Nếu hệ chứa khí có thể giám và giảm thể tích, sai số vị trí của khí sẽ giảm, và có vẻ sẽ giảm entropy của hệ, nhưng nhiệt độ của hệ sẽ tăng vì quá trình này đẳng entropy [ΔS= 0]. Nếu công được thêm vào thêm một cách mà lực ma sát hoặc nhớt đang hoạt động trong hệ, thì quá trình không đẳng entropy, và nếu không có thay đổi pha, nhiệt độ của hệ sẽ tăng, mà quá trình được cho là "không thuận nghịch", và công thêm vào hệ không hoàn toàn có thể hồi phục dưới dạng công.

- Nếu tường của hệ không đoạn nhiệt, và năng lượng được truyền dưới dạng nhiệt, entropy được truyền vào hệ với nhiệt. Quá trình như vậy không đoạn nhiệt hay đẳng entropy, cóQ> 0vàΔS> 0theo định luật hai nhiệt động lực học.

3. Phân loại quá trình đoạn nhiệt:

- Quá trình đoạn nhiệt được chia thành quá trình thuận nghịch [entropy là số không] và quá trình không thể đảo ngược [dữ liệu ngẫu nhiên không phải là không] hai loại. Quá trình đoạn nhiệt thuận nghịch là quá trình đẳng entropy. Quá trình đẳng entropy là đối diện của quá trình đẳng nhiệt, trong một quá trình đẳng nhiệt, nhiệt độ tối đa được chuyển giao cho thế giới bên ngoài, làm cho hệ thống một nhiệt độ ổn định như bình thường. Kể từ khi nhiệt động lực học, nhiệt độ và entropy là một tập hợp các biến liên hợp, chẳng hạn như quá trình đẳng nhiệt và đẳng entropy có thể được coi là "liên hợp" của quá trình một.

--------------------------

Trên đây là một số thông tin về quá trình đoạn nhiệt. Hy vọng bài viết này sẽ giúp ích được cho các bạn trong quá trình học tập cũng như làm việc.