33. Các Nguyên Lí Của Nhiệt động Lực Học - Củng Cố Kiến Thức

I. NGUYÊN LÍ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

1. Phát biểu nguyên lí

Độ biến thiên nội năng của hệ bằng tổng công và nhiệt lượng mà hệ nhận được.

$\Delta U = A + Q$

* Quy ước về dấu của nhiệt lượng và công:

$Q > 0:$ Hệ nhận nhiệt lượng

$Q < 0:$ Hệ truyền nhiệt lượng

$A > 0:$ Hệ nhận công

$A < 0:$ Hệ thực hiện công.

2. Vận dụng

Có thể dùng nguyên lí I nhiệt động lực học để tìm hiểu sự truyền và chuyển hóa năng lượng, trong các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí.

II. NGUYÊN LÍ II NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

1. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch

a) Quá trình thuận nghịch

Kéo một con lắc ra khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra, dưới tác dụng của trọng lực con lắc sẽ dao động. Nếu không có ma sát thì con lắc sẽ chuyển động từ A sang B, rồi từ B trở về A.... Quá trình trên là một quá trình thuận nghịch.

b) Quá trình không thuận nghịch

Một ấm nước nóng đặt ngoài không khí sẽ tự truyền nhiệt cho không khí và nguội dần cho tới khi nhiệt độ của nước bằng nhiệt độ của không khí. Tuy nhiên, ấm nước không thể tự lấy lại nhiệt lượng mình đã truyền cho không khí để trở về trạng thái ban đầu, mặc dù điều này không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Người ta nói quá trình truyền nhiệt là một quá trình không thuận nghịch.

Nhiệt có thể tự truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn, nhưng không thể tự truyền theo chiều ngược lại từ vật lạnh hơn, sang vật nóng hơn. Muốn thực hiện “quá trình ngược” này phải dùng một “máy làm lạnh”, nghĩa là phải cần đến sự can thiệp từ bên ngoài.

Một hòn đá rơi từ trên cao xuống. Khi đó cơ năng của hòn đá chuyển hoá dần thành nội năng của hòn đá và không khí xung quanh, làm cho hòn đá và không khí xung quanh nóng lên. Trong quá trình này, năng lượng được bảo toàn. Tuy nhiên, hòn đá không thể tự lấy lại nội năng của mình và không khí xung quanh để bay trở lại độ cao ban đầu, mặc dù điều này không vi phạm định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Quá trình chuyển hoá năng lượng này cũng là quá trình không thuận nghịch.

2. Nguyên lí II nhiệt động lực học

- Theo Clausius (Clau-di-út): Nhiệt không thể tự truyền từ một vật sang vật nóng hơn.

- Theo Carnot (Các-nô): Động cơ nhiệt không thể chuyển hóa tất cả nhiệt lượng nhận được thành công cơ học.

3. Vận dụng

Nguyên lí II nhiệt động lực học có thể dùng để giải thích nhiều hiện tượng trong đời sống và kĩ thuật, như có thể dùng nguyên lí II để giải thích nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ nhiệt. Mỗi động cơ nhiệt đều phải có ba bộ phận cơ bản là :

1. Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng;

2. Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công gọi là tác nhân và các thiết bị phát động;

3. Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra.