Câu 2: Trình bày các khái niệm, nêu các kí hiệu, quy ước và đơn vị đo năng lương, nhiệt và công

Chia sẻ: Dang Thu Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

200
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năng lượng là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độc chuyển động và dự trữ chuyển động cảu vật chất nói chung...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Câu 2: Trình bày các khái niệm, nêu các kí hiệu, quy ước và đơn vị đo năng lương, nhiệt và công

C©u 2 : Tr×nh bµy c¸c kh¸i niÖm, nªu kÝ hiÖu, quy −íc vµ ®¬n vÞ ®o cña n¨ng l−îng, nhiÖt vµ c«ng Tr¶ lêi : *N¨ng l−îng: N¨ng l−îng lµ ®¹i l−îng vËt lý ®Æc tr−ng cho møc ®é chuyÓn ®éng vµ dù tr÷ chuyÓn ®éng cña vËt chÊt nãi chung N¨ng l−îng gåm néi n¨ng vµ ngo¹i n¨ng. Mäi vËt ®Òu cã n¨ng l−îng, ë mçi tr¹ng th¸i ®Òu cã møc nl x¸c ®Þnh. Khi c¸c vËt t−¬ng t¸c nhau bao giê còng cã sù trao ®æi nl lµm cho tr¹ng th¸i cña vËt thay ®æi dÉn ®Õn møc nl thay ®æi. Qu¸ tr×nh trao ®æi nl gi÷a c¸c vËt(xÐt trong ph¹m vi nhiÖt) th−êng ®−îc tiÕn hµnh b»ng hai c¸ch: trao ®æi nhiÖt vµ thùc hiÖn c«ng. *NhiÖt NÕu ®Ó 2 vËt cã nhiÖt ®é kh¸c nhau tiÕp xóc víi nhau th× t¹i chç tiÕp xóc c¸c ph©n tö cña 2 vËt sÏ trao ®æi ®éng n¨ng cho nhau. KÕt qu¶ lµ cã 1 nl ®· ®−îc truyÒn tõ vËt cã nhiÖt ®é cao h¬n sang vËt cã nhiÖt ®é thÊp h¬n. KiÓu truyÒn nl nµy ®−îc tiÒn hµnh ë chç ph©n tö tiÕp xóc kh«ng nh×n thÊy ®−îc nªn gäi lµ ph−¬ng ph¸p truyÒn nl vi m« kh«ng trËt tù hoÆc sù truyÒn nhiÖt. L−îng nl ®−îc truyÒn ®i b»ng ph−¬ng ph¸p nµy gäi lµ nhiÖt n¨ng hay gäi t¾t lµ nhiÖt. NhiÖt lµ l−îng nl ®−îc truyÒn ®i b»ng ph−¬ng ph¸p vi m« kh«ng trËt tù. KÝ hiÖu: q (kJ/kg): nhiÖt nhËn vµo hoÆc nh¶ ra cña mét vËt cã khèi l−îng 1 kg. Q(kJ): nhiÖt nhËn vµo hoÆc nh¶ ra cña 1 vËt cã khèi l−îng bÊt k× kg. Quy −íc dÊu: NhiÖt nhËn v¸o cã dÊu +, nhiÖt nh¶ ra cã dÊu – *C«ng §Ó truyÒn nl b»ng ph−¬ng ph¸p nµy vËt cÇn ph¶i dÞch chuyÓn trong kh«ng gian cña tr−êng lùc hoÆc thay ®æi thÓ tÝch cña m×nh d−íi t¸c dông cña lùc hay ¸p suÊt bªn ngoµi. KiÓu truyÒn nl nµy cã h−êng, cã trËt tù, nh×n thÊy ®−îc nªn ®−îc gäi lµ ph−¬ng ph¸p truyÒn nl d−íi d¹ng vÜ m« cã trËt tù hoÆc sù thùc hiÖn c«ng.Luînh nl truyÒn ®i b»ng ph−¬ng ph¸p nµy gäi lµ c«ng. C«ng lµ nl ®−îc truyÒn ®i b»ng ph−¬ng ph¸p vÜ m« cã trËt tù. KÝ hiÖu: l(kJ/kg): C«ng sinh ra hoÆc nhËn vµo bëi vËt cã khèi l−îng 1 kg L(kJ):C«ng sinh ra hay nhËn vµo bëi vËt cã khèi l−îng bÊt k× Quy −íc dÊu: C«ng nhËn vµo cã dÊu - vµ sinh ra cã dÊu + *§¬n vÞ ®o cña nhiÖt vµ c«ng NhiÖt vµ c«ng cã cïng ®¬n vÞ ®o lµ J, kJ, mJ http://www.ebook.edu.vn 1
Trong hÖ ®¬n vÞ cò ng−êi ta dïng cal, kcal ®Ó ®o nhiÖt vµ c«ng C©u 3: Tr×nh bµy kh¸i nhiÖm hÖ nhiÖt ®éng Tr¶ lêi: Khi nghiªn cøu tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña hiÖn t−îng nµo ®ã ng−êi ta cã thÓ lÊy ra 1 nhãm vËt, 1 vËt hoÆc 1 phÇn cña vËt mµ ë ®ã hiÖn t−îng cÇn nghiªn cøu x¶y ra lµm ®èi t−îng nghiªn cøu gäi lµ hÖ nhiÖt ®éng. TÊt c¶ nh÷ng vËt ngoµi hÖ gäi lµ m«i tr−êng. Kh¸c víi hÖ c¬ häc chØ trao ®æi c¬ n¨ng, hÖ nhiÖt ®éng cßn trao ®æi nhiÖt ngh·i lµ nã cã trao ®æi nl d−íi 2 h×nh thøc lµ sù truyÒn nhiÖt vµ sù thùc hiÖn c«ng. HÖ nhiÖt ®éng ®−îc ph©n lµm c¸c lo¹i: - HÖ kÝn(sè h¹t kh«ng ®æi): lµ hÖ trong ®ã träng t©m cña hÖ kh«ng chuyÓn ®éng vÜ m« hoÆc chuyÓn ®éng víi tèc ®é nhá mµ ta hoµn toµn bá qua ®éng n¨ng cña nã. Khèi l−îng cña hÖ kh«ng ®ái vµ m«i chÊt trong hÖ kh«ng ®i qua bÒ mÆt ranh giíi gi÷a hÖ vµ m«i tr−êng. -HÖ hë: (sè h¹t thay ®æi) lµ hÖ trong ®ã träng t©m cña hÖ cã chuyÓn ®éng vÜ m«, khèi l−îng cña hÖ thay ®æi, m«i chÊt ®i qua bÒ mÆt ranh giíi gi÷a hÖ vµ m«i tr−êng. - HÖ ®o¹n nhiÖt: lµ hhÖ kh«ng trao ®æi nhiÖt víi m«i tr−êng. - HÖ c« lËp: lµ hÖ kh«ng trao ®æi nhiÖt vµ c«ng víi m«i tr−êng C©u 4: Tr×nh bµy kh¸i niÖm chÊt c«ng t¸c, c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i c¬ b¶n cña chÊt c«ng t¸c Tr¶ lêi: Kh¸i niÖm: §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh biÕn ®æi gi÷a nhiÖt vµ c«ng trong c¸c m¸y nhiÖt ng−êi ta dïng chÊt trung gian gäi lµ m«i chÊt hay chÊt c«ng t¸c C¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cña chÊt c«ng t¸c Th«ng sè tr¹ng th¸i lµ nh÷ng ®¹i l−îng vËt lý ®Ó x¸c ®Þnh ë 1 tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh nµo ®ã. Th«ng sè tr¹ng th¸i lµ hµm chØ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i mµ kh«ng phô thuéc vµo qu¸ tr×nh. NÕu m«i chÊt biÕn ®æi råi l¹i trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu, gi¸ trÞ c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i sÏ kh«ng ®æi. C¸c th«ng sè tr¹ng th¸i cã thÓ lµ p.v,T,i,s, ρ . - ThÓ tÝch riªng: lµ thÓ tÝch cña mét ®¬n vÞ kl chÊt c«ng t¸c, v(m3/kg). V v= G trong ®ã: G lµ kl chÊt c«ng t¸c(kg), V lµ thÓ tÝch chÊt c«ng t¸c(m3) §¹i l−îng nghÞch ®¶o cña thÓ tÝch riªng lµ kl riªng, ρ (kg/m3) 1 G R«= = v V http://www.ebook.edu.vn 2
- ¸p suÊt: lµ lùc t¸c dông cña c¸c ph©n tö theo ph−¬ng ph¸p tuyÕn lªn 1 ®¬n vÞ diÖn tÝch thµnh b×nh chÊt khÝ hoÆc chÊt láng ®ã, P(N/m2) F P= S Trong ®ã F lµ lùc t¸c dông cña c¸c ph©n tö chÊt láng hoÆc khÝ(N), S lµ diÖn tÝch thµnh b×nh(m2) §¬n vÞ: N/m2, Pa, bar - NhiÖt ®é: lµ ®¹i l−îng vËt lÝ chØ møc ®é nãng, l¹nh cña 1 vËt. Theo thuyÕt ®éng häc ph©n tö, nhiÖt ®é dÆc tr−ng cho møc ®é chuyÓn ®éng cña c¸c ph©n tö. mω 2 mω 2 T= hay B.T = 3k 2 Trong ®ã : m lµ khèi l−îng cña 1 ph©n tö(kg) ∑ ω .N i i ω= : lµ vËn tèc trung b×nh cña c¸c ph©n tö(m/s) N - Execgi: lµ phÇn n¨ng l−îng tèi ®a cã thÓ sö dông ®−îc trong ®iÒu kiÖn m«i tr−êng xung quanh, cßn phÇn nl tiÒm Èn trong m«i chÊt nh−ng kh«ng thÓ sö dông trong m«i tr−êng xung quanh gäi lµ Anecgi KÝ hiÖu: e(J): Execgi a(J): Anecgi Execgi chÝnh lµ phÇn nhiÖt n¨ng cã thÓ biÕn ®æi hoµn toµn thµnh c«ng trong qu¸ tr×nh thuËn nghÞch. Víi nhiÖt n¨ng q ta cã thÓ viÕt: q=e+a Execgi kh«ng ®o ®−îc trùc tiÕp mµ th−êng ph¶i tÝnh víi 1 kg vËt chÊt e=(i-i0)-T0(s-s0) trong ®ã: i0,T0,s0: entanpi, nhiÖt ®é, entropi cña m«i chÊt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng víi m«i tr−êng i,T,s: entanpi, nhiÖt ®é, entropi cña m«i chÊt ë tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh -Ngoµi ra cßn gÆp c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i kh¸c nh− néi n¨ng, entanpi, etropi, n¨ng l−îng ®Èy. C©u 5 : ViÕt PT tr¹ng th¸i cho 1 kg , G kg vµ 1 kmol khÝ kÝ t−ëng . Tr¶ lêi : Theo thuyÕt ®éng häc ph©n tö, ¸p suÊt cña khÝ lÝ t−ëng lµ : 2 mϖ 2 p = n0 (*) 3 2 n 0 : Sè ph©n tö khÝ cã trong 1m3 khÝ ,1/m3 http://www.ebook.edu.vn 3
mϖ : §éng n¨ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn trung b×nh cña c¸c ph©n tö , J 2 Nh©n c¶ 2 vÕ pt (*) víi thÓ tÝch riªng v ta cã : mϖ 2 2 n0 v pv = 3 2 n0.v =N0 lµ sè ph©n tö cña 1 kg khÝ kÝ t−ëng ; mϖ 2 2 ⇒ pv = .N 0 B.T B.T = 2 3 §Æt 2/3.B.N0 = R : h»ng sè khÝ cña 1kg khÝ , J/kg0K Khi ®ã ta cã PT tr¹ng th¸i cña 1 kg khÝ lÝ t−ëng : p.v = R.T NÕu khèi khÝ cã G kg th× pt tr¹ng th¸I cña 1 kg khÝ lÝ t−ëng : p.v.G = G.R.T ↔ p.V = G.R.T Víi V= v.G lµ thÓ tÝch cña G kg khÝ lÝ t−ëng , m3 . §èi víi 1kmol khÝ kÝ t−ëng th× : p.v. μ = μ .R.T ↔ pV μ = μ R.T Rμ : H»ng sè khÝ phæ biÕn , J/kmol.0K Vμ = μ .v : Lµ thÓ tÝch cña 1 kmol khÝ lÝ t−ëng , m3/kmol Rμ p.Vμ Rμ = ;R= μ T μ : KL cña 1 kmol chÊt khÝ , kg/kmol §èi víi sè kmol khÝ bÊt k× M : p.V = M.R.T C©u 6: KhÝ lÝ t−ëng lµ g×? Nªu c¸c thµnh phÇn cña chóng Tr¶ lêi : KhÝ kÝ t−ëng lµ chÊt khÝ mµ ko cã thÓ tÝch cña c¸c nguyªn tö , c¸c ph©n tö vµ lùc t−¬ng t¸c gi÷a chóng.C¸c ph©n tö nguyªn tö ë ®©y chØ lµ nh÷ng chÊt ®iÓm mang kl c/® Trong thùc tÕ ë ®/k nhiªt ®é vµ ¸p suÊt th«ng th−êng , c¸c chÊt khÝ 2 nguyªn tö nh− O,N2, kh«ng khÝ ,h¬i n−íc trong sp ch¸y hoÆc trong kk cã thÓ xem lµ khÝ lÝ t−ëng . C©u 7 : NhiÖt dung riªng cña chÊt khÝ lµ g× ? ViÕt biÓu thøc ®Þnh nghÜa nhiÖt dung riªng trung b×nh , nhiÖt dung riªng thùc ? Tr¶ lêi : NhiÖt dung riªng lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt cÊp cho 1 ®vÞ chÊt khÝ (1kg,1mtc3 , 1kmol ) ®Ó nhiÖt ®é t¨ng lªn 1 ®é theo 1 qu¸ tr×nh nµo ®ã . http://www.ebook.edu.vn 4
NhiÖt dung riªng lµ ®¹i l−îng x©y dùng lý luËn ®éng lùc häc . Trong tr−êng hîp lÝ t−ëng nhiÖt dung riªng cã thÓ ®c x® b»ng lÝ thuyÕt, thùc tÕ nã ®c x® b»ng thùc nghiÖm . - NhiÖt dung riªng trung b×nh : NÕu gäi q lµ nhiÖt l−îng cÊp vµo cho 1 ®vÞ chÊt khÝ ®Ó nhiÖt ®é cña nã t¨ng q t2 = C t1 lµ nhiÖt dung riªng trung b×nh cña chÊt khÝ tõ t1 lªn t2 th× tû sè : Δt trong kho¶ng nhiÖt ®é tõ t1 ®Õn t2 -NhiÖt dung riªng thùc : NÕu cung cÊp cho 1 ®vÞ chÊt khÝ nhiÖt l−îng VCB dq , nhiÖt ®é cña chÊt khÝ t¨ng lªn dt th× tû sè : dq q = lim = C Δt →0 Δt dt Lµ nhiÖt dung riªng thùc cña chÊt khÝ t¹i nhiªt ®é t C©u 8 : TÝnh nhiÖt l−îng theo nhiÖt dung riªng ? Tr¶ lêi : *TÝnh nhiÖt l−îng theo nhiÖt dung riªng thùc : Theo ®Þnh nghÜa vÒ nhiÖt dung riªng , ta tÝnh nhiÖt l−îng cÇn thiÕt cung cÊp cho 1 kg khÝ trong 1 qu¸ tr×nh bÊt k× : t2 dq = C ⇒ dq = Cdt ⇒ q = ∫ C( t ) dt dt t1 NÕu C= a + bt : t2 b q = ∫ (a + bt )dt = a(t 2 − t 1 ) + (t 2 − t12 ) 2 2 t1 q = (t2 – t1 ) ⎡a + (t 1 + t 2 )⎤ b ⎢ ⎥ 2 ⎣ ⎦ 2 NÕu C = a’ + b’t + e’t t2 q = ∫ a / + b / t + e / t 2 )dt t1 *TÝnh nhiÖt l−îng theo nhiªt dung riªng trung b×nh q t2 t2 = C t1 ⇒ q x = C x (t 2 − t 1 ) Δt t1 Theo §N cã : x: ChØ sè thÓ hiÖn tÝnh chÊt qu¸ tr×nh , ®¼ng tÝch x = v , ®¼ng ¸p x = p http://www.ebook.edu.vn 5
t2 Thùc tÕ kÜ thuËt muèn thùc nghiÖm x® C t 1 nh−ng t1,t2 bÊt k× do ®ã thùc t2 nghiÖm ko lËp ®c b¶ng v× vËy ng−êi ta coi q t 1 nh− sau : t2 t2 t1 t2 t1 = qx − qx = Cx − Cx qx t1 0 0 0 0 t Thùc nghiÖm x® ®c C x 0 C©u 9 : Ph©n lo¹i nhiÖt dung riªng ? ViÕt biÓu thøc Maye ? Tr¶ lêi : * Ph©n lo¹i nhiÖt dung riªng theo ®¬n vÞ ®o cña chÊt khÝ - NhiÖt dung riªng thÓ tÝch lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt cÊp cho 1 kg chÊt khÝ ®Ó nhiÖt ®é cña nã t¨ng lªn 1 ®é theo qu¸ tr×nh nµo ®ã . Ki hiÖu : C (kj /m 3 , kcal / m 3 K) tc tc - NhiÖt dung riªng kmol lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt cÊp cho 1 kmol chÊt khÝ ®Ó nhiÖt ®é cña nã t¨ng lªn 1 ®é theo 1 qu¸ tr×nh nµo ®ã . Ki hiÖu : C μ (kj/kmolK , kcal/kmolK) - Quan hÖ gi÷a c¸c lo¹i nhiÖt dung riªng : C = C μ / μ , C/ = C μ /22.4 , C μ = μ C * Ph©n lo¹i nhiÖt dung riªng theo ®k tiÕn hµnh qu¸ tr×nh . - NhiÖt dung riªng ®¼ng tÝch lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt cÊp cho 1 ®¬n vÞ chÊt khÝ (1kg , 1m 3 , 1kmol) ®Ó nhiÖt ®é cña nã thay ®æi 1 ®é trong ®k thÓ tÝch ko tc ®æi . Cv(kj / kgK) , C v (kj /m 3 K) , C μv (kj kmolK) / tc - NhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt c©pa cho 1 ®¬n vÞ chÊt khÝ (1kg , 1 m 3 , 1kmol ) ®Ó nhiÖt l−îng cña nã thay ®æi 1 ®é trong ®k ¸p suÊt tc ko ®æi . Cp(kj / kgK) , C /p (kj / m 3 K , kcal / m 3 K) , C μp ( kj kmolK ,kcal / kmolK) tc tc - So s¸nh vÒ t/c cña qu¸ tr×nh th× nhiÖt dung riªng ®¼ng ¸p bao giê còng lín h¬n nhiÖt dung riªng ®¼ng tÝch v× trong qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p , nhiÖt l−îng cung cÊp cho chÊt khÝ ko nh÷ng chØ lµm t¨ng vÒ nhiÖt ®é mµ cßn kh¾c phôc lùc hót gi÷a c¸c ph©n tö vµ lùc c¶n m«i tr−êng ngoµi ®Ó sinh c«ng . * C«ng thøc Maye . §èi víi khÝ lÝ t−ëng , quan hÖ gi÷a NDR ®¼ng ¸p vµ NDR ®¼ng tÝch ®c biÓu thÞ b»ng c«ng thøc Maye : Cp – Cv = R,j / kgK C©u 10 : Ph¸t biÓu néi dung vµ nªu ý nghÜa cua ®Þnh luËt nhiªt ®éng häc thø nhÊt ? Tr¶ lêi : http://www.ebook.edu.vn 6
- N«i dung : §Þnh luËt nhiÖt ®éng hoc thø nhÊt lµ §L b¶o toµn vµ chuyÓn ho¸ NL trong ph¹m vi nhiÖt . - ý nghÜa : §L nhiÖt ®éng häc thø nhÊt co ý nghÜa rÊt lín trong viªc ph¸t triÓn vµ xd lÝ thuyÕt m«n nhiÖt ®éng häc ®ång thêi lµm c¬ së tÝnh to¸n vµ thiÕt lËp pt c©n b»ng NL ®· ®c trao ®æi trong c¸c qu¸ tr×nh va chu tr×nh nhiÖt ®éng . Nã chÝnh lµ c¬ së ®Ó x® c¸c nguyªn t¾c chÕ t¹o ®éng c¬ nhiÖt . §L còng cho thÊy kh¶ n¨ng sö dông cña c¸c nguån NL míi . C©u 11 : Tr×nh bµy kn : qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng , qu¸ tr×nh c©n b»ng ,qu¸ tr×nh thuËn , chu tr×nh nhiÖt ®éng . Tr¶ lêi : - Tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®éng lµ 1 tr¹ng th¸i cã nhiÖt ®é va ¸p suÊt t¹i mäi chç vµ trong toµn bé thÓ tÝch khèi khÝ ®Òu b»ng nhau vµ th−êng b»ng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña m«i tr−êng xung quanh . D−íi t/d cña mt vÒ c¬ hay vÒ nhiÖt , tr¹ng th¸i c©n b»ng bÞ ph¸ vì , lµm cho c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i chÊt c«ng t¸c thay ®æi . Khi Êy ta nãi r»ng chÊt c«ng t¸c ®· x¶y ra qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng . Vëy qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi 1 chuçi liªn tiÕp c¸c tr¹ng th¸i cña hÖ . Khi co ®ñ ®k chÊt khÝ sÏ trë vÒ tr¹ng th¸i c©n b»ng kh¸c . - Qu¸ tr×ng c©n b»ng : lµ qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng x¶y ra c« cïng chËm sao cho ë c¸c tr¹ng th¸i trung gian chÊt c«ng t¸c kÞp thiÕt lËp sù c©n b¨ng c¬ vµ nhiÖt nghÜa lµ kÞp x¸c lËp sù c©n b»ng c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i trung gian . Nãi c¸ch kh¸c qu¸ tr×nh c©n b»ng lµ 1 tËp hîp chuçi c¸c tr¹ng th¸i c©n b»ng . + Qu¸ tr×nh c©n b»ng chØ lµ lÝ t−ëng v× lµ qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng tiÕn hµnh 1 c¸ch v« cïng chËm , ko cã tæn thÊt do ma s¸t vµ xo¸y lèc … - Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch : lµ qu¸ tr×nh c©n b¨ng song cã thÓ biÕn ®æi theo chiÒu ng−îc l¹i + Qu¸ tr×nh thuËn nghÞch lµ qu¸ tr×nh thuËn nghÞch nªn nã lµ qu¸ tr×nh cã kh¶ n¨ng biÕn nhiÖt thµnh c«ng víi hiÖu qu¶ cao nhÊt . - Chu tr×nh nhiÖt ®éng : lµ tËp hîp c¸c qu¸ tr×nh khÐp kÝn . NÕu c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng ®Òu lµ c¸c qu¸ tr×nh thuËn nghÞch th× ta cã chu tr×nh thuËn nghÞch vµ ng−îc l¹i nÕu trong chu tr×nh ®ã cã dï chØ 1 tr¹ng th¸i ko c©n b»ng th× chu tr×nh ®ã lµ chu tr×nh ko thuËn nghÞch . C©u 12 : Tr×nh bµy KN néi n¨ng cña chÊt khÝ ,nªu tÝnh chÊt cña chóng ? Tr¶ lêi : * Kh¸i niªm - Néi n¨ng lµ toµn bé NL bªn trong cña chÊt khÝ . u(kj / kg) lµ néi n¨ng cña hÖ cã KL 1 kg . U(kj) lµ néi n¨ng cña hÖ cã KL bÊt k× . Néi n¨ng gåm : Néi ®éng n¨ng liªn quan tíi c/® hçn lo¹n cña c¸c ph©n tö , vµ néi thÕ n¨ng liªn quan ®Õn lùc t−¬ng t¸c cña c¸c ph©n tö khÝ vµ c¸c d¹ng http://www.ebook.edu.vn 7
NL kh¸c nh− ho¸ n¨ng , nl liªn kÕt nguyªn tö , nh−ng trong nhiÖt kÜ thuËt khi ko x¶y ra c¸c ph¶n øng ho¸ häc c¸c d¹ng nl kh¸c ko biÕn ®æi nªn néi n¨ng chÝnh lµ néi nhiªt n¨ng . - Theo thuyÕt ®éng häc ph©n tö : C¸c ph©n tö chÊt khÝ cã chuyÓn tÞnh tiÕn t¹o thµnh ®éng n¨ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn .C¸c ph©n tö chÊt khÝ cã chuyÓn ®éng quay t¹o thµnh ®éng n¨ng chuyÓn ®éng quay .C¸c ph©n tö chÊt khÝ cã chuyÓn ®éng dao ®éng t¹o thµnh ®éng n¨ng dao ®éng .Tæng c¸c d¹ng ®éng n¨ng trªn gäi lµ néi n¨ng cña chÊt khÝ ud. Néi ®éng n¨ng ud phô thuéc tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cña c¸c ph©n tö v× vËy u® =f(T). Tæng thÕ n¨ng t−¬ng t¸c cña c¸c ph©n tö gäi lµ néi thÕ n¨ng ut . N«i thÕ n¨ng ut phô thuéc vµo k/c gi÷a c¸c ptö tøc lµ phô thuéc vµo thÓ tÝch riªng ut = ϕ (v) . Tæng ®éng n¨ng vµ néi thÕ n¨ng gäi lµ néi n¨ng cña chÊt khÝ . u=u®+ut=f(T)+ ϕ (v ) = ψ (T ,v ) Néi n¨ng lµ hµm tr¹ng th¸i ®¬n trÞ ,mçi tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh th× T,v cã trÞ sè x¸c ®Þnh nªn u cã trÞ sè x¸c ®Þnh .Do ®ã cã thÓ biÓu diÔn lµ hµm cña 2 th«ng sè bÊt k× ®éc lËp : u = u(T,v) = u(T,p) = u(p,v) * TÝnh chÊt V× u lµ hµm tr¹ng th¸i ®¬n vÞ nªn biÕn thiªn cña nã chØ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i ®Çu vµ tr¹ng th¸i cuèi cña qu¸ tr×nh chø ko phô thuéc vµo ®k tiÕn hµnh qu¸ tr×nh Êy . (u2 – u1 )a = (u2 – u1 )b = (u2 – u1 )c = Δ u Néi n¨ng phô thuéc vµo KL cña hÖ nghÜa lµ néi n¨ng cña hÖ phøc t¹p b»ng tæng c¸c néi n¨ng cña hÖ thµnh phÇn : n ∑U U= i i =1 Víi hÖ ®ång nhÊt : U = G.u §èi víi khÝ lÝ t−ëng do ko cã lùc t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ptö nªn ut = 0 , v× vËy u = u® hay chØ cã néi ®éng n¨ng , nã lµ hµm cña nhiÖt ®é u = u (T) . C©u 13 :TÝnh biÕn thiªn néi n¨ng cña khÝ lÝ t−ëng , khÝ thùc ? Tr¶ lêi : * TÝnh biÕn thiªn néi n¨ng cña khÝ lÝ t−ëng ; Gs cho 1 kg khÝ lÝ t−ëng ë nhiÖt ®é T1 nhiÖt l−îng q vµ gi÷ cho thÓ tÝch v cña nã ko thay ®æi , khi ®ã nhiÖt ®é cña nã thay ®æi tõ T1 sang T2 . ChÊt khÝ ko sinh c«ng mµ tÊt c¶ nhiÖt l−îng cÊp vµo chØ ®Ó thay ®æi nhiÖt ®é tõ T1 ®Õn T2 nghÜa lµ thay ®æi néi n¨ng u . qv = Δ u = u2 – u1 = Cv(T2 – T1) http://www.ebook.edu.vn 8
Víi qu¸ tr×nh VCB : dqv = du = CvdT Víi Gkg : Qv = CvG(T2 – T1) Víi khÝ lÝ t−ëng néi n¨ng lµ hµm cña T nªn nh÷ng c«ng thøc trªn lµ nh÷ng c«ng thøc phæ biÕn ®Ó tÝnh biÕn thiªn néi n¨ng cho mäi qu¸ tr×nh C©u 14 : Tr×nh bµy KN entanpi cña chÊt khÝ , nªu tÝnh chÊt cña chóng? Tr¶ lêi : KN : Trong tÝnh to¸n nhiÖt ®éng ng−êi ta th−êng gÆp ®¹i l−îng u + pv . NÕu kÝ hiÖu i = u + pv th× i ®−îc ®Þnh nghÜa lµ entanpi . i(kj / kg) : Lµ entanpi cña hÖ co kl 1kg . I(kj) : Lµ entanpi cña hÖ co kl bÊt k× G kg . TÝnh chÊt : - Entanpi lµ hµm tr¹ng th¸i nªn biÕn thiªn cña nã chØ phô thuéc vµo tr¹ng th¸i ®Çu vµ tr¹ng th¸i cuèi cña qu¸ tr×nh chø ko phô thuéc vµo ®k tiÕn hµnh qu¸ tr×nh Êy . (i2 – i1) = (i2 – i1) b = (i2 – i1) c = Δ u a - Entanp phô thuéc vµp kl cña hÖ nghÜa lµ entanp cña hÖ phøc t¹p b»ng tæng c¸c entanpi cña hÖ thµnh phÇn : n ∑I I= i i =1 - Víi hÖ ®ång nhÊt : U = G.u - §èi víi khÝ lÝ t−ëng : u = f(T) , pv = RT = ψ (T) , i = ψ (T) + f(T) = ϕ (T) Lµ hµm tr¹ng th¸i ®¬n vÞ cña T - Tr¹ng th¸i tiªu chuñ©n i0 = 0 C©u 15 : TÝnh biÕn thiªn entanpi cña khÝ thùc , khÝ li t−ëng ? Tr¶ l¬i : * BiÕn thiªn entanpi cña khÝ lÝ t−ëng V× i lµ hµm tr¹ng th¸i nªn viÕt d−íi d¹ng vi ph©n toµn phÇn : di = du + d(pv) = CvdT + RdT = (Cv + R)dT = CpdT Δ i = i2 – i1 = Cp(T2 – T1) Víi khÝ kÝ t−ëng entanpi lµ hµm ®¬n vÞ cña T nªn c¸c c«ng thøc trªn lµ nh÷ng c«ng thøc phæ biÕn tÝnh biÕn thiªn entanpi cho moih qu¸ tr×nh . C©u 16 : ThiÕt lËp biÓu thøc tÝnh c«ng gi·n në cña chÊt khÝ ? Tr¶ lêi : Gs cã Gkg khÝ cã thÓ tÝch V , ¸p suÊt p ®Æt trong m«i tr−êng cã ¸p suÊt p, = - p t¸c dông ®Òu theo mçi phÝa . Do t/® nµo ®ã chÊt khÝ tiÕn hµnh qu¸ tr×nh http://www.ebook.edu.vn 9
gi·n në VCB , thÓ tÝch thay ®æi dV . Khi ®ã chÊt khÝ thùc hiÖn 1 c«ng : dL = -p,Fdx = -p,dV = pdV Trong ®ã : F : lµ diÖn tÝch bao quanh khèi khÝ øng víi thÓ tÝch V dx: lµ ®é di chuyÓn cña diÖn tÝch xung quanh øng víi V Víi qu¸ tr×nh h÷u h¹n th× : v2 ∫p dV L= (V ) v1 §èi víi 1 kg khÝ : v2 ∫p dv l= (v ) v1 Theo §N tÝch ph©n x® trªn ®å thÞ p-v (®å thÞ c«ng ) , c«ng 1 ®−îc biÓu thÞ b»ng diÖn tÝch h×nh thang phÝa d−íi ®−êng cong qu¸ tr×nh . Do vËy khi t/c cña qu¸ tr×nh thay ®æi th× c«ng 1 còng thay ®æi . NghÜa lµ c«ng lµ hµm cña qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng . Khi gi·n në : v2 > v1 chÊt khÝ sinh c«ng d−¬ng , l > 0 Khi nÐn : v2 < v1 chÊt khÝ sinh c«ng ©m , l < 0 C©u 17 : ThiÕt lËp biÓu thøc tÝnh c«ng kÜ thuËt cña chÊt khÝ ? Tr¶ lêi : §Ó tån t¹i ®−îc víi thÓ tÝch v trong m«i tr−êng cã ¸p suÊt p = -p, th× chÊt khÝ ph¶i dù tr÷ 1 nl ®Èy wt chèng l¹i m«i tr−êng ngoµi gäi la thÕ n¨ng ¸p suÊt . ThÕ n¨ng ¸p suÊt cña 1 kg khÝ : wt = pv ThÕ n¨ng ¸p suÊt cña G kg khÝ : Wt = pV http://www.ebook.edu.vn 10
Khi chÊt khÝ gi·n në sinh c«ng 1 th× k ph¶i tÊt c¶ c«ng nµy lµ cã Ých mµ 1 phÇn cña nã ®· tiªu tèn ®Ó thay ®æi nl ®Èy tõ tr¹ng th¸i 1 sang tr¹ng th¸i 2 . §é biÕn thiªn thÕ n¨ng ¸p suÊt ®−îc gäi lµ c«ng ®Èy dÞch hay c«ng l−u ®éng . KÝ hiÖu : l/ l/ = Δ (pv) = p2v2 – p1v1 PhÇn cßn l¹i gäi lµ c«ng kÜ thuËt lk(j /kg) p2v 2 v2 v2 ∫ d ( pv ) ∫ pdv ∫ pdv / lk = l – l = - (p2v2 –p1v1) = - p1v 1 v1 v1 ⎡v 2 ⎤ p2 p2 v2 ∫ vdp lk = ∫ pdv - ⎢ ∫ pdv + ∫ vdp ⎥ = - ⎢v1 ⎥ ⎣ ⎦ p1 v1 p1 C«ng kÜ thuËt ®−îc sö dông lµm t¨ng ngo¹i ®éng n¨ng . BiÓu diÔn c«ng kÜ thuËt trªn ®å thÞ p-v C©u 18 : ViÕt biÓu thøc gi¶i thÝch cña ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc thø nhÊt cho tr−êng hîp khèi khÝ ko chuyÓn ®«ng vÜ m« ? Tr¶ lêi : Gs cã 1 kg khÝ thùc , ta cÊp cho nã 1 nhiÖt l−îng VCB dq th× trong tr−êng hîp chung nhiÖt ®é t¨ng lªn dT , chÊt khÝ gi·n në dv . Khi nhiÖt ®é t¨ng lªn dT th× néi ®éng n¨ng chÊt khÝ thay ®æi lµ du® , néi n¨ng thay ®æi dut , tøc lµ néi n¨ng t¨ng lªn du . Do gi·n në dv mµ chÊt khÝ sinh c«ng dl . Theo §L b¶o toµn vµ chuyÓn ho¸ nl ta cã : dq =du + dl Víi qu¸ tr×nh h÷u h¹n : q = Δu + l Víi G kg khÝ ta cã : dQ = dU + dL , Q = Δ U + L http://www.ebook.edu.vn 11
Víi khÝ lÝ t−ëng : du = CvdT , dU = GCv d®−îc Víi chu tr×nh nhiÖt ®éng : ∫ dq = ∫ du + ∫ dl D¹ng kh¸c cña §L 1 : dq = du + dl dq = di - vdp dq = di + dlk Víi qu¸ tr×nh lµ ®¼ng ¸p : dp = 0 dqp = di ; qp = i2 – i1 Víi qu¸ tr×nh lµ ®o¹n nhiÖt : dq = 0 dlk = i1 – i2 Vëy c«ng kÜ thuËt sinh ra do entanpi gi¶m xuèng vµ ng−îc l¹i . C©u 19 : ViÕt biÓu thøc gi¶i thÝch cña ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc thø nhÊt cho tr−êng hîp khèi khÝ chuyÓn ®«ng vÜ m« ? Tr¶ lêi : Gs cho dßng khÝ c/® trong èng víi l−u l−îng kl (G kg /s) trong ®k liªn tôc vµ æn ®Þnh nghÜa lµ ë mäi thêi ®iÓm l−u l−îng cña dßng khÝ t¹i mäi tiÕt diÖn ®Òu b»ng nhau vµ b»ng l−u l−îng trung b×nh t¹i tiÕt diÖn ®ã Dßng khÝ c/® trong èng Tõ c¸c gi¶ thiÕt trªn ta cã : F1ω1 Fω = …. = n n = cosnt G= v1 vn Trong ®ã : G : L−u l−în kl cña dßng khÝ , kg /s F : Diªn tÝch tiÕt diÖn ngang cña èng , m2 ω : Tèc ®é l−u ®éng trung b×nh cña dßng khÝ t¹i tiÕt diÖn t−¬ng øng ,m/s http://www.ebook.edu.vn 12
v : ThÓ tÝch riªng cña khÝ ë tiÕt diÖn t−¬ng øng , m3/kg TÝnh c«ng l−u ®éng Trªn dßng khÝ l−u ®éng ta xÐt 2 tiÕt diÖn I vµ II cÊt gÇn nhau nh− h×nh vÏ T¹i tiÕt diÖn I cã : F , ω , p , v Taih tiÕt diÖn II cã : F + dF , ω + d ω , p + dp , v + dv C«ng do chÊt khÝ l−u ®éng thùc hiÖn ®−îc gäi lµ c«ng k−u ®éng vµ ®−îc x® theo c«ng thøc sau : dL/ = (F + dF )( ω + d ω )( p + dp) - pF ω Sau khi khai triÓn qu¸ tr×nh trªn vµ bá c¸c VCB bËc 2,3 ta cã : dL/ = pFd ω + p ω dF + F ω dp = d(pF ω ) F ω = Gv nªn dL/ = Gd(pv) Víi G = 1kg th× : dl/ = d(pv®−îc ViÕt pt nl cho dßng khÝ : NÕu 1 kg khÝ kh l−u ®éng trong èng nhËn ®−îc nhiÖt l−îng dq th× néi n¨ng cña nã biÕn thiªn du , thùc hiÖn c«ng l−u ®éng dl/ vµ ngo¹i ®éng n¨ng cña nã thay ®æi d( ω 2 /2) . Theo §L b¶o toµn vµ chuyÓn ho¸ nl ta cã dq = du + dl/ + d( ω 2 /2®−îc §©y lµ PT l−u ®éng viÕt cho dong khÝ l−u ®éng .Thay gi¸ trÞ c«ng l−u ®éng vµo ta cã : dq = du + d(pv) + d( ω 2 /2) = di + d( ω 2 /2) §©y lµ PT nl viÕt cho dßng khÝ l−u ®éng NÕu ω >> cã thÓ coi l−u ®éng lµ ®o¹n nhiÖt dq = 0 dq= di + d( ω 2 /2) di = - d( ω 2 /2) Ngo¹i ®éng n¨ng t¨ng lªn do entanpi gi¶m xuèng vµ ng−îc l¹i . C©u 20 :Ph¸t biÓu néi dung nªu ý nghÜa cña ®Þnh luËt nhiÖt ®éng thø 2 ? Tr¶ lêi : - Néi dung : Gi÷a nhiÖt vµ c«ng ko cã sù biÕn ®æi ngang gi¸ v× c«ng biÕn thµnh nhiÖt th× ko cÇn ®k nµo vµ biÕn ®æi hoµn toµn , cßn nhiÖt biÕn thµnh c«ng cÇn ph¶i cã nh÷ng ®k nhÊt ®Þnh chø ko tuú ý ®−îc . §Þnh luËt 2 ko m©u thuÉn víi ®Þnh luËt 1 mµ nã bæ xung thªm cho ®Þnh luËt 1 vµ còng lµ c¬ së x©y dùng lÝ thuyÕt nhiÖt ®éng vµ lý thuyÕt ®éng c¬ nhiÖt . + §iÒu kiÖn biÕn nhiÖt thµnh c«ng . + Møc ®é biÕn nhiÖt thµnh c«ng . + ChiÒu diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh trong hÖ c« lËp . * Y nghÜa : Cïng §L I lµm c¬ së ®Ó x©y dùng lÝ luËn nhiÖt ®éng häc . Nã cïng §L I chØ ra c¸c quy t¾c chÕ t¹o c¸c ®éng c¬ nhiÖt . http://www.ebook.edu.vn 13
C©u 21 : Ph¸t biÓu ®Þnh luËt C¸c-n« ? Tr¶ lêi : §iÒu kiÖn ®Ó biÕn nhiÖt thµnh c«ng lµph¶i cã hiÖu sè nhiÖt ®é vµ ko thÓ biÕn hoµn toµn nhiÖt cña nguån nãng truyÒn qua chÊt c«ng t¸c trong chu tr×nh thµnh c«ng . C©u 22 : ThiÕt lËp biÓu thøc gi¶i tÝch cña ®Þnh luËt nhiÖt ®éng häc c¬ b¶n thø nhÊt ? Tr¶ lêi : * BiÓu thøc gi¶i tÝch cña ®Þnh luËt nhiÖt ®éng 2 cho c¸c chu tr×nh thuËn nghÞch Víi chu tr×nh Cacn« thuËn nghÞch cã : q1 − q 2 T1 − T2 q q η1 = ⇔ 1= 2 = q1 T1 T1 T2 q1 q 2 q =0⇔∑ i =0 + (*) T1 T2 Ti q TrÞ sè ®−îc gäi lµ nhiÖt quy dÉn . T Víi chu tr×nh C¸cn« thuËn nghÞch th× tæng nhiÖt quy dÉn b»ng 0 . BiÓu thøc (*) ®óng cho mäi chu tr×nh thuËn nghÞch bÊt k× kh¸c . Kh¶o s¸t 1 chu tr×nh thuËn nghÞc bÊt k× : Chu tr×nh thuËn nghÞch bÊt k× Chia chu tr×nh thµnh nhiÒu chu tr×nh nhá bëi c¸c ®−êng ®o¹n nhiÖt . Mçi chu tr×nh con sÏ lµ 1 chu tr×nh C¸cn« thuËn nghÞch . NhiÖt l−îng cÊp vµo cho chu tr×nh con lµ dq1 vµ nhiÖt l−îng nh¶ ra dq2 dq 2 T dq =1 - 2 ⇒ ∑ i =0 1- dq1 T1 Ti dq Tæng c¸c chu tr×nh con ta cã : ∫ = 0 T * BiÓu thøc gi¶i tÝch ®Þnh luËt 2 cho c¸c chu tr×nh ko thu©nh nghÞch Theo ®Þnh lÝ 3 cña C¸cn« : η tkTN < η tTN q2 T q T q < 1− 2 ⇒ 2 > 2 ⇒ ∑ i < 0 1- q1 T1 q1 T1 Ti http://www.ebook.edu.vn 14
XÐt chu tr×nh ko thuËn nghÞch bÊt k× : Chia chu tr×nh thµnh nhiÒu chu tr×nh nhá bëi c¸c ®−êng ®o¹n nhiÖt . Mçi chu tr×nh VCB sÏ lµ 1 chu tr×nh C¸cn« ko thuËn nghÞch VCB ta cã : dq 2 T1 +
ds = ®−îc *TÝnh chÊt : - Còng nh− c¸c th«ng sè tr¹ng th¸i kh¸c entropi hoµn toµn x® khi biÕt 2 th«ng sè tr¹ng th¸i bÊt k× . - Cã tÝnh chÊt nh− néi n¨ng , entanpi . - Quy −íc ë tr¹ng th¸i tiªu chuÈn cã s0= 0 . *TÝnh thay ®æi entropi trong qu¸ tr×nh ko thuËn nghcÞh dq nªn ko tÝnh trùc tiÕp ®−îc Δ s mµ V× trong qu¸ tr×nh ko thuËn nghÞch ds ≠ T ph¶i tÝnh Δ s b»ng c¸ch so s¸nh . Gs cã qu¸ tr×nh ko thuËn nghÞch 1a2 ta ph¶i so s¸nh : dq ∫T Δ s = s2 – s1 ~ Cho chÊt c«ng t¸c tiÕn hµnh qu¸ tr×nh thuËn nghÞch 2b1 khi ®ã ta cã chu tr×nh ko thuËn nghÞch 1a2b1 . Do vËy : dq ∫T ≤0 s2 s2 dq dq dq dq dq ∫2 T + 2∫1 T < 0 ⇒ 1s∫2 T + s∫1ds < 0 ⇒ s∫1ds > 1a∫2 T ⇒ s1 − s 2 = Δs > 1a∫2 T 1a b VËy víi qu¸ tr×nh ko thuËn nghÞch VCB : dq ds > T *ChiÒu diÔn biÕn cña qu¸ tr×nh thuËn nghÞch vµ ko thuËn nghÞch trong hÖ c« lËp . Gs cã hÖ c« lËp : dq = 0 , dl =0 . Trong hÖ chØ cã kh¶ n¨ng x¶y ra 2 lo¹i qu¸ tr×nh lµ thuËn nghÞch vµ ko thuËn nghÞch . - NÕu qu¸ tr×nh thuËn nghÞch : dq = 0 ⇒ s = const ds = T - NÕu qu¸ tr×nh ko thuËn nghÞch : dq >0=s↑ ds > T Trong thùc tÕ hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh ®Òu lµ ko thuËn nghÞch do ®ã c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng trong hÖ c« lËp ®Òu x¶y ra theo chiÒu h−íng t¨ng entropi . §©y lµ néi dung chÝnh cña §L 2 . C©u 24 : Tr×nh bµy kh¸i niÖm : dÉn nhiÖt , tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh vµ æn ®Þnh . Tr¶ lêi : - DÉn nhiÖt lµ qu¸ tr×nh trao ®æi gi÷a c¸c vËt hay gi÷a c¸c phÇn cña vËt cã nhiÖt ®é kh¸c nhau . Muèn cã qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt x¶y ra th× gi÷a c¸c vËt ph¶i http://www.ebook.edu.vn 16
cã ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é vµ ph¶i tiÕp xóc víi nhau . Qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt cã thÓ x¶y ra ®èi víi chÊt láng , chÊt khÝ va chÊt r¾n . - TËp hîp tÊt c¶ nh÷ng gi¸ trÞ cña c¸c ®iÓm kh¸c nhau trong ko gian kh¶o s¸t t¹i 1 thêi ®iÓm nµop ®ã gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é . V× nh÷ng ®iÓm kh¸c nhau , nhiÖt ®é sÏ kh¸c nhau ë nh÷ng thêi ®iÓm kh¸c nhau . Do ®ã nhiÖt ®é phô thuéc vµo c¶ kh«ng gian vµ thêi gian . Tæng qu¸t ta biÓu diÔn tr−êng nhiªt ®é nh− sau : t = f(x,y,z, τ ) Tr−êng nhiÖt ®é nh− vËy lµ tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh ba chiÒu . T−¬ng tù nh− vËy ta cã tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh 2 chiÒu t = f(x,y,z, τ ) vµ tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh 1 chiÒu : t = f(x,y,z, τ ). NÕu nhiÖt ®é ko phô thuéc vµo thêi gian t = f(x,y,z, τ ) tr−êng nhiÖt ®é gäi lµ tr−êng nhiÖt ®é æn ®Þnh 3 chiÒu . T−¬ng tù ta cã tr−êng nhiÖt ®é æn ®Þnh 2 chiÒu t = f(x,y,z, τ ) vµ 1 chiÒu t = f(x) . Qu¸ tr×nh dÉn nhiÖt trong ®ã tr−êng nhiÖt ®é lµ æn ®Þnh gä lµ dÉn nhiÖt æn ®Þnh vµ qu¸ tr×nh øng víi tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh vµ qu¸ tr×nh øng víi tr−êng nhiÖt ®é ko æn ®Þnh gäi lµ dÉn nhiÖt ko æn ®Þnh . C©u 25 : ThÕ nµo lµ mÆt ®¼ng nhiÖt , ®−êng ®¼ng nhiÖt , Gradiant nhiÖt ®é ? Tr¶ lêi : -MÆt ®¼ng nhiÖt : lµ bÒ mÆt chøa tÊt c¶ c¸c ®iÓm cã cïng gi¸ trÞ nhiÖt ®é t¹i 1 thêi ®iÓm ®−îc gäi lµ mÆt ®¼ng nhiÖt . C¸c mÆt ®¼ng nhiÖt . C¸c mÆt ®¼ng nhiÖt ko c¾t nhau chóng chØ cã thÓ lµ nh÷ng mÆt khÐp kÝn hay kÕt thóc trªn biªn cña vËt . - Gradian nhiÖt ®é : XÐt 2 mÆt ®¼ng nhiÖt , 1 mÆt cã nhiÖt ®é t cßn mÆt kia cã nhiÖt ®é t + Δ t . NhiÖt ®é cña ®iÓm nµo ®ã trªn mÆt cã nhiÖt ®é t chØ cã thÓ thay ®æi theo h−ãng c¾t c¸c mÆt ®¼ng nhiÖt . Ta nhËn thÊy tèc ®é thay ®æi nhiÖt ®é theo h−íng ph¸p tuyÕn Δ t/ Δ nh÷ng lµ lín nhÊt . Gradian nhiÖt ®é ®−îc §N nh− sau : Δt ∂t 0 = Gradt = lim Δr →0 , K/m Δn ∂n Gradian nhiÖt ®é lµ 1 ®¹i l−îng vect¬ cã ph−¬ng vu«ng gãc víi mÆt ®¼ng nhiÖt , chiÒu d−¬ng lµ chiÒu t¨ng nhiÖt ®é C©u 26 : Ph¸t biÓu vµ viÕt biÓu thøc ®Þnh luËt Furie vÒ dÉn nhiÖt ? Ph¸t biÓu : MËt ®é dßng ®iÖn lµ vect¬ cã ph−¬ng trïng víi ph−¬ng cña gradt ∂t , chiÒu lµ chiÒu gi¶m nhiÖt ®é trÞ sè b»ng - λ , W/m2 ∂n http://www.ebook.edu.vn 17
∂t BiÓu thøc : q = - λ gradt = - λ (W/m2) ∂n C©u 27 : HÖ sè dÉn nhiÖt phô thuéc vµo nh÷ng yÕu tè nµo ? Tr¶ lêi : λ ®Æc tr−ng cho kh¶ n¨ng dÉn nhiÖt cña vËt thÓ ®−îc gäi lµ hÖ sè dÉn nhiÖt : q λ=− , W/m0K ∂t ∂n - HÖ sè dÉn nhiÖt phô thuéc vµo b¶n chÊt cña c¸c chÊt : λ r¾n > λ láng > λ khÝ - HÖ sè dÉn nhiÖt phô thuéc vµo nhiÖt ®é . Th«ng th−¬ng sù phô thuéc cña hÖ sè dÉn nhiÖt vµo nhiÖt ®é cã thÓ lÊy theo quan hÖ sau : λ = λ0 (1 + bt ) Trong ®ã : λ0 lµ hÖ sè dÉn nhiÖt ë 00C ; hÖ sè b ®−îc x® b»ng thùc nghiÖm cã thÓ lµ ©m hoÆc d−¬ng - HÖ dÉn nhiÖt cña kim lo¹i nguyªn chÊt , c¸c chÊt láng( trõ n−íc vµ glyxerin) gi¶m khi nhiÖt ®é t¨ng.§èi víi chÊt c¸ch nhiÖt , c¸c chÊt khÝ hÇu nh− hÖ sè dÉn nhiÖt t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng . - §èi víi vËt liÖu x©y dùng ,hÖ sè dÉn nhiÖt phô thuéc cµo ®é xèp vµ ®é Èm . C©u 28 : Tr×nh bµy kh¸i niÖm : trao ®æi nhiÖt ®èi l−u , to¶ nhiÖt ®èi l−u? Tr¶ lêi : - Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt nhê sù c/® cña chÊt láng hoÆc khÝ gi÷a nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é kh¸c nhau. - Trong dßng chÊt láng hoÆc chÊt khÝ lu«n cã nh÷ng phÇn tö cã nhiÖt ®é kh¸c nhau tiÕp xóc víi nhau , do ®ã trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lu«n kÌm theo hiÖn t−îng dÉn nhiÖt . Tuy nhiªn qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt ë ®©y chñ yÕu ®−îc thùc hiÖn b»ng ®èi l−u nªn gäi la trao ®æi nhiÖt ®èi l−u . - Trong thùc tÕ ng−êi ta th−êng gÆp qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt gi÷a bÒ mÆt vËt r¾n víi chÊt láng hoÆc chÊt khÝ c/® , qu¸ tr×nh nµy gäi lµ to¶ nhiÖt ®èi l−u . C©u 29 : Ph©n tÝch nh÷ng yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u ? Tr¶ lêi : V× qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lu«n g¾n lion víi c/® cña chÊt láng hoÆc khÝ , do ®ã nh÷ng nh©n tè ¶nh h−ëng ®Õn c/® cña chÊt láng hoÆc khÝ ®Òu ¶nh h−¬ng ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®èi l−u - Nguyªn nh©n g©y ra chuyÓn ®éng ChuyÓn ®éng cña chÊt láng hoÆc khÝ cã thÓ do c¸c nguyªn nh©n kh¸c nhau . Dùa vµo nguyªn nh©n g©y ra c/® ta ph©n thµnh c/® tù nhiªn vµ c/® c−ìng bøc http://www.ebook.edu.vn 18
+ C/® tù nhiªn lµ c/® g©y ra bëi ®é chªnh mËt ®é cña chÊt láng gi÷a c¸c vïng cã nhiÖt ®é kh¸c nhau . NÕu chÊt láng hoÆc khÝ ë trong tr−êng träng lùc th× trÞ sè lùc n©ng vµo chÊt láng hoÆc khÝ c/® ®−îc x/® b»ng c«ng thøc : p = g. Δρ Trong ®ã : g lµ gia tèc träng tr−êng ; Δρ lµ ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é cña chÊt láng gi÷a c¸c vïng cã nhiÖt ®é kh¸c nhau C/® tù nhiªn phô thuéc vµo b¶n chÊt cña chÊt láng hay khÝ vµ phô thuéc vµo ®é chªnh nhiÖt ®é . §é chªnh nhiÖt ®é cµng lín th× ®é chªnh mËt ®é cµng lín nªn c/® tù nhiªn cµng m¹nh .Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u øng víi c/® tù nhiªn gäi lµ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u tù nhiªn . + C/® c−ìng bøc lµ c/® cña chÊt khÝ , chÊt láng g©y ra bëi ngo¹i lùc nh− qu¹t , b¬m . Trong c/® c−ìng bøc bao giê còng kÌm theo hiÖn t−îng c/® tù nhiªn v× trong néi bé chÊt láng hoÆc khÝ lu«n cã nh÷ng phµn tö cã nhiÖt ®é kh¸c nhau . Anh h−ëng cña c/® tù nhiªn ®Õn c/® c−ìng bøc lµ nhá nÕu c−êng ®é c/® c−ìng bøc lµ nhá vµ ng−îc l¹i .Trao ®æi nhiÖt ®èi l−u t−¬ng øng víi c/® c−ìng bøc gäi l¸ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u c−ìng bøc . + ChÕ ®é c/® C/® cña chÊt láng hay khÝ cã thÓ lµ ch¶y tÇng hay rèi C/® tÇng lµ c/® mµ quü ®¹o c¸c phÇn tö chÊt láng song song víi nhau . C/® rèi lµ c/® mµ quü ®¹o cña c¸c phÇn tö chÊt láng ko theo quy luËt nµo c¶ . ωl ChÕ ®é ch¶y ®−îc x/® b¨bgf tiªu chuÈn Reynol : Re = v Trong ®ã : ω : Tèc ®é c/® , m/s l : kÝch th−íc x/® ,m v: §é nhít ®éng häc ,m2/s + TÝnh chÊt vËt lÝ cña chÊt láng hay khÝ Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®èi l−u phô thuéc nhiÒu vµo b¶n chÊt vËt lÝ cña chÊt láng hay khÝ . C¸c ch¸t láng hay khÝ kh¸c nhau cã tÝnh chÊt vËt lÝ kh¸c nhau th× kh¶ n¨ng trao ®æi nhiÖt ®èi l−u còng kh¸c nhau . Nh÷ng th«ng sè vËt lÝ ¶nh h−áng ®Õn trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ khèi l−äng riªng ρ , nhiÖt dung riªng C μ , hÖ sè dÉn nhiÖt λ , hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a , ®é nhít ®éng häc v , hay ®é nhít ®éng lùc μ vµ hÖ sè gi·n në thÓ tÝch β . + H×nh d¹ng , kÝch th−íc , vÞ trÝ bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt BÒ mÆt trao ®æi nhiÖt cã thÓ cã h×nh d¹ng kh¸c nhau nh− cã thÎ lµ tÊm ph¼ng hay èng trô , tÊm hay èng cã kÝch th−íc kh¸c nhau vµ ®Æt ë vÞ trÝ kh¸c nhau . TÊt c¶ nh÷ng nh©n tè ®ã ®Òu ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt . C©u 30 : ViÕt biÓu thøc cña Newton vÒ trao ®æi nhiÖt ®èi l−u , nªu c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng ®Õn hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u ? Tr¶ lêi : http://www.ebook.edu.vn 19
- C«ng thøc Newton : Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®èi l−u lµ 1 qu¸ tr×nh phøc t¹p , phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè . §Ó x® nhiÖt l−îng trao ®æi gi÷a bÒ mÆt v¸ch vµ chÊt láng hay khÝ ta dïng c«ng thøc Newton : q = α (tw –tf), W/m2 Q = q.F = F α (tw – tf) , W Trong ®ã : q,Q : MËt ®é dßng nhiÖt , dßng nhiÖt . F: DiÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt tw:NhiÖt ®é bÒ mÆt v¸ch tf :NhiÖt ®é chÊt láng ë xa bÒ mÆt v¸ch α : HÖ sè to¶ nhiÖt HÖ sè to¶ nhiÖt ®Æc tr−ng cho c−êng ®é trao ®æi nhiÖt ®èi l−u . Q α= , W/m20K F (t w − t f ) HÖ sè to¶ nhiÖt ®èi l−u α cã trÞ sè b»ng nhiÖt l−îng trao ®æi ®èi l−u trªn 1 ®¬n vÞ diÖn tÝch bÒ mÆt trong 1 ®¬n vÞ thêi gian khi ®é chªnh nhiÖt ®é gi÷a bÒ mÆt v¸ch vµ chÊt láng hay chÊt khÝ lµ 10C - HÖ sè to¶ nhiÖt phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè : hÖ sè dÉn nhiÖt ( λ ) , tèc ®é ( ω ) , ®é nhít ®éng häc (v) , nhiÖt ®é bÒ mÆt v¸ch (tw) , nhiÖt ®é chÊt láng ë xa bÒ mÆt v¸ch (tf), kÝch th−íc x¸c ®Þnh (l) , hÖ sè gi·n në thÓ tÝch ( β ) …. C©u 31 : ViÕt biÓu thøc tÝnh to¸n c¸c tiªu chuÈn Raynold(Re) , Grant(Gr) , Prant(Pr) vµ Nòten(Nu) ? Tr¶ lêi : C©u 33 : Tr×nh bµy kh¸i niÖm : trao dæi nhiÖt bøc x¹ , tia nhiÖt .Cã mÊy qu¸ tr×nh biÕn ®æi nl trong trao ®æi nhiÖt bøc x¹ ? Tr¶ lêi : - Trao ®æi nhiÖt bøc x¹ lµ qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt ®−îc thùc hiÖn b»ng sãng ®iÖn tõ . - Trong kÜ thuËt nhiÖt ta chØ kh¶o s¸t nh÷ng tia mµ nhiÖt ®é th−êng gÆp chóng cã hiÖu qu¶ bøc x¹ nhiÖt cao , c¸c ta nµy ®−îc gäi lµ tia nhiÖt .Tia nhiÖt bao gåm tia s¸ng ( λ =0,4 ÷ 0,8 μ m) vµ tia hång ngo¹i ( λ = 0,8 ÷ 400 μm ) - Qu¸ tr×nh trao ®æi nhiÖt b»ng bøc x¹ liªn quan ®Õn 2 lÇn chuyÓn biÕn nl : nhiÖt n¨ng biÕn thµnh nl bøc x¹ vµ n¨ng l−îng bøc x¹ l¹i biÕn thµnh nhiÖt n¨ng. Mét vËt ko chØ cã kh¶ n¨ng ph¸t ®i nl bøc x¹ mµ cßn cã kh¶ n¨ng hÊp thô n¨ng l−îng bøc x¹ .Khi nhiÖt ®é cña c¸c vËt b»ng nhau , trÞ sè nl hÊp thô b»ng trÞ sè nl bøc x¹ ta nãi vËt ë tr¹ng th¸i c©n b»ng . http://www.ebook.edu.vn 20