Bài giảng Nhiệt động lực học kỹ thuật - Chương 1: Một số khái niệm cơ bản và phương trình trạng thái của khí lý tưởng - Nguyễn Thị Minh Trinh

1MÔN HỌC:
NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
2CHƢƠNG 1:
MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
VÀ PHƢƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI 
CỦA KHÍ LÝ TƢỞNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
3Chƣơng 1 Một số khái niệm cơ bản
1. HỆ THỐNG NHIỆT ĐỘNG
 Gắn liền với 3 yếu tố:
Nguồn nóng
Chất môi giới
Nguồn lạnh
 Và trao đổi với môi 
trƣờng xung quanh:
Nhiệt lƣợng
Công
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
4Chƣơng 1 Một số khái niệm cơ bản
Hệ thống 
nhiệt động hở
Hệ thống 
nhiệt động kín
Thiết bị bay hơi
Thiết bị ngƣng tụ
Máy nén
Van tiết lƣu
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
5Chƣơng 1 Một số khái niệm cơ bản
Hệ thống nhiệt động 
đoạn nhiệt
Là hệ thống nhiệt động 
không trao đổi nhiệt lƣợng
với môi trƣờng xung quanh
Q = 0
Hệ thống nhiệt động 
cô lập
Q = 0
W = 0
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
6Chƣơng 1 Một số khái niệm cơ bản
2. TRẠNG THÁI
Cân bằng Không cân bằng
3. QUÁ TRÌNH
-Tập hợp 1 số trạng 
thái làm việc theo 
cùng một nguyên tắc.
- Trạng thái đầu và 
cuối là cân bằng
Thuận 
nghịch
Không 
thuận 
nghịch
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
7Chƣơng 1 Thông số trạng thái
 Các đại lƣợng đặc trƣng cho trạng thái của chất môi 
giới đƣợc gọi là thông số trạng thái
 Các thông số trạng thái thƣờng dùng là:
 Nhiệt độ: T
 Áp suất: p
 Thể tích riêng: v
 Nội năng: u
 Entanpy: i
 Entropy: s
Thông số trạng thái 
cơ bản
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
8Chƣơng 1 Thông số trạng thái
1. NHIỆT ĐỘ
 Là thông số biểu thị mức độ nóng lạnh của vật.
 Dụng cụ đo: nhiệt kế
 Nhiệt kế thủy ngân: Dựa trên sự giãn nở của
chất lỏng
 Nhiệt kế điện trở: Dựa trên sự thay đổi điện trở
 Thermocouple: Dựa trên sự thay đổi dòng điện
 Nhiệt kế hồng ngoại: Dựa trên hiệu ứng bức xạ
nhiệt dƣới dạng hồng ngoại của vật nóng
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
9Chƣơng 1 Thông số trạng thái
 Trong kỹ thuật thƣờng dùng các thang nhiệt độ sau:
Thang nhiệt độ Celcius:
 Ký hiệu: t
 Đơn vị: 0C
Thang nhiệt độ Kelvin: 
(Nhiệt độ tuyệt đối)
 Ký hiệu: T
 Đơn vị: K
Thang nhiệt độ Fahrenheit:
 Ký hiệu: t
 Đơn vị: 0F
Thang nhiệt độ Rankine: 
(Nhiệt độ tuyệt đối)
 Ký hiệu: T
 Đơn vị: 0R
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
10
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
0 - 273 0
K
e
l
v
i
n
C
e
l
c
i
u
s
R
a
n
k
i
n
e
Möùc khoâng cuûa 
thang nhieät ñoä 
tuyeät ñoái
Ñieåm ñoùng 
baêng cuûa nöôùc
Ñieåm soâi cuûa 
nöôùc
273 0 491
373 100 671
0 0
RCK
- 459
F
a
h
r
e
n
h
e
i
t
32
F
0
212
Mối quan hệ giữa 
các thang nhiệt độ:
K = 0C + 273
0R = 1,8 K
0F = 1,8 0C + 32
Chỉ có nhiệt độ 
tuyệt đối mới là 
thông số 
trạng thái
Chú ý
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
11
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
2. ÁP SUẤT
 Có các loại áp suất sau:
 Áp suất khí quyển: pkq
 Áp suất dƣ: pd
 Áp suất chân không: pck
 Áp suất tuyệt đối: ptđ
 Là lực tác dụng lên một đơn vị 
diện tích bề mặt ranh giới theo
phƣơng pháp tuyến với bề mặt đó.
A
F
p ,N/m2
Xác định bằng 
dụng cụ đo
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
12
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
Ví dụ về áp suất
2
1
2
1
21
A
A
F
F
pp 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
13
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
Áp suất khí quyển: pkq
 Là áp lực của không khí tác động lên các vật thể
nằm trong nó và lên bề mặt trái đất.
 Giá trị trung bình của pkq tại
mực nƣớc biển là 760 mmHg
 Trong tính toán kỹ thuật
cho phép lấy pkq = 1 bar
 Dụng cụ đo: Barometer
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
14
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
Áp suất dƣ: pd
 Khi áp suất môi trƣờng khảo sát lớn hơn áp suất 
khí quyển, ta gọi độ chênh lệch giữa áp suất môi 
trƣờng đó với áp suất khí quyển là áp suất dƣ. 
 Dụng cụ đo: Manometer
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
15
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
Áp suất chân không: pck
 Khi áp suất môi trƣờng khảo sát nhỏ hơn áp suất khí 
quyển, ta gọi độ chênh lệch giữa áp suất môi trƣờng 
đó với áp suất khí quyển là áp suất chân không. 
 Dụng cụ đo: Vacumeter
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
16
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
Áp suất tuyệt đối: ptđ
Chỉ có áp suất 
tuyệt đối mới là 
thông số 
trạng thái
Chú ý
 Khi ptđ > pkq:
ptđ = pkq + pd
 Khi ptđ < pkq:
ptđ = pkq – pck
1bar = 105 N/m2 = 750 mmHg
1at = 0,981 bar = 1 kgf/cm2
= 10 mH2O
1 N/m2 = 1 Pa
1 psi = 6895 N/m2
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
17
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
A
Ùp
 s
u
a
át
 t
u
y
e
ät
 ñ
o
ái
AÙp suaát dö
AÙp suaát khí quyeån
AÙp suaát moâi tröôøng khaûo saùt
lôùn hôn aùp suaát khí quyeån
Ñoä chaân khoâng
AÙp suaát moâi tröôøng khaûo saùt
nhoû hôn aùp suaát khí quyeån
AÙp suaát tuyeät ñoái
Chaân khoâng tuyeät ñoái
18
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
3. THỂ TÍCH RIÊNG
 Thể tích riêng:
G
V
v 
 Khối lƣợng riêng:
v
1
V
G
Trong đó: G – Khối lƣợng của khối chất môi giới đang khảo sát, kg
V – Thể tích choán chỗ của khối chất môi giới đó, m3
Chỉ có thể tích 
riêng mới là 
thông số 
trạng thái
Chú ý
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
19
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
4. NỘI NĂNG
 Tổng độ biến thiên năng lƣợng của một hệ thống:
UEEE tđ 
 Trong phạm vi nhiệt động lực học, hệ thống hầu 
nhƣ không có sự thay đổi vị trí E = U
 Trong phạm vi vi mô của hệ thống:
tđ UUU 
 Nếu G = 1 kg: tđ uuu 
CBGD: ThS.NGUYỄN THỊ MINH TRINH – ĐHBK TP.HCM
20
Chƣơng 1 Thông số trạng thái
 Trong bài toán về nhiệt động với chất môi giới là khí
lý tƣởng, độ biến thiên nội năng của hệ thống đƣợc
xác định nhƣ sau:
- Khi G = 1 kg: 12v TTcu , kJ/kg
- Khi G ≠ 1 kg: 12v TTGcu.GU , kJ
Trong đó: cv – Nhiệt dung riêng khối lƣợng đẳng tích, kJ/kgK
T1,T2 – Nhiệt độ đ