Trang 2
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Nhiệt học là một phần trong cấu trúc của đề thi học sinh giỏi các cấp, từ cấp tỉnh đến cấp khu vực và Quốc gia. Tuy nhiên, trong chương trình GDPT 2018 môn Vật lí, phần Vật lí nhiệt và khí lí tưởng đã được đưa lên giảng dạy ở lớp 12. Vì thế, phần Nhiệt học vốn đã khó càng trở nên khó hơn, đặc biệt đối với các em HS lớp 10 muốn tham gia các kỳ thi Truyền thống Olympic 30/4, Trại hè Phương Nam và HSG Quốc Gia. Để học sinh trong đội tuyển làm tốt các bài toán nhiệt trong các kì thi HSG thì ngoài việc trang bị kiến thức cơ bản về các định luật, phương trình trạng thái của khí lí tưởng, định luật I Nhiệt động lực học, học sinh còn phải tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn về các chuyên đề chuyên sâu của Vật lí nhiệt cụ thể là truyền nhiệt, chuyển pha và các máy nhiệt, trong đó các bài tập về Máy nhiệt là nội dung khá khó đối với HS tham gia đội tuyển nói chung, HS lớp 10 tham gia đội tuyển nói riêng. Với mục tiêu có một tài liệu để HS đội tuyển HSG Vật lí lớp 10 nghiên cứu và ôn luyện để có thể tham gia thi HSG các cấp, tôi viết chuyên đề Máy nhệt. 2. Mục đích của đề tài Làm tài liệu cho HS các đội tuyển HSG môn Vật lí học tập, nghiên cứu, đặc biệt dành cho HS khối 10 muốn tham gia thi HSG Olympic 30/4, Trại hè Phương Nam và HSG Quốc Gia. Làm tài liệu tham khảo cho GV giảng dạy đội tuyển.
Trang 3
NỘI DUNG A. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1. CÁC ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 1.1. Định luật I Nhiệt động lực học * Trong quá trình biến đổi trạng thái của hệ, nhiệt lượng truyền cho hệ làm tăng nội năng của hệ và biến thành công mà hệ sinh ra. * Qui ước dấu: + : hệ nhận nhiệt. + : hệ nhả nhiệt. + : hệ sinh công. + : hệ nhận công. + : nội năng của hệ tăng. + : nội năng của hệ giảm. 1.2. Quá trình thuận nghịch và không thuận nghịch Quá trình biến đổi của hệ nhiệt động từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) được gọi là thuận nghịch nếu nó có thể tiến hành theo chiều ngược lại, nghĩa là đưa hệ từ trạng thái (2) trở về trạng thái (1) và đi quá đúng mọi trạng thái trung gian giống hệt như đi theo chiều thuận từ (1) sang (2). Đối với quá trình thuận nghịch, nếu ở lượt đi hệ nhận công thì ở lượt về, hệ trả đúng công cho môi trường. Do đó, tổng công sau khi thực hiện quá trình thuận nghịch là bằng 0. Do nội năng không đổi . Vậy, đối với quá trình thuận nghịch thì sau khi thực hiện quá trình thuận và quá trình ngược, môi trường không bị thay đổi. Quá trình thuận nghịch là quá trình lí tưởng (thực tế không thể xảy ra), thực tế chỉ tồn tại các quá trình không thuận nghịch. 1.3. Định luật II nhiệt động lực học 1.3.1. Phát biểu của Thompson và Carnot Một động cơ nhiệt không thể sinh công nếu như nó chỉ trao đổi nhiệt với một nguồn nhiệt duy nhất. Định luật khẳng định không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu loại hai, loại động cơ sinh công bằng cách chỉ trao đổi nhiệt với một nguồn nhiệt duy nhất. 1.3.2. Phát biểu của Clausius Không thể tồn tại một quá trình nhiệt động mà kết quả duy nhất là sự truyền nhiệt lượng từ vật lạnh hơn sang vật nóng hơn. Tóm lại, theo định luật II, công có thể biến hoàn toàn thành nhiệt nhưng ngược lại thì nhiệt chỉ có thể biến một phần thành công.
Trang 4
1.4. Chu trình Carnot và định lí Carnot 1.4.1. Chu trình Carnot thuận nghịch Thực tế, sự chuyển đổi giữa nhiệt và công là quá trình không thuận nghịch. Để động cơ nhiệt đạt hiệu suất tối đa, ta phải loại bỏ mọi quá trình bất thuận nghịch trong động cơ nhiệt. Muốn vậy, động cơ nhiệt phải làm việc theo chu trình Carnot thuận nghịch. Chu trình Carnot gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt: - Quá trình : Chất khí dãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ . Ở quá trình này, tác nhân nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng và sinh công . - Quá trình : Chất khí dãn nở đoạn nhiệt, tác nhân sinh công , nhiệt độ giảm từ xuống . - Quá trình : Chất khí bị nén đẳng nhiệt ở nhiệt độ . Ở quá trình này, tác nhân nhả nhiệt lượng cho nguồn lạnh và nhận công . - Quá trình : Chất khí bị nén đoạn nhiệt, tác nhân nhận công , nhiệt độ tăng từ lên , quay về trạng thái ban đầu và kết thúc chu trình Carnot. 1.4.2. Hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch - Hiệu suất của động cơ nhiệt: - Nhiệt lượng tác nhân nhận được trong quá trình - Nhiệt lượng tác nhân nhả trong quá trình
Trang 5
- Suy ra, - Mặt khác, quá trình và là các quá trình đoạn nhiệt nên - Do đó, - Vậy, hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch Hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch đối với khí lí tưởng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn nóng và nguồn lạnh. Lưu ý: Khi chu trình Carnot thực hiện chu trình ngược, tác nhận nhận nhiệt từ nguồn lạnh, nhận công từ bên ngoải và nhả nhiệt cho nguồn nóng. Đó là máy làm lạnh. 1.4.3. Hệ quả - Hiệu suất cực đại của động cơ nhiệt luôn nhỏ hơn 1. - Hiệu suất của chu trình Carnot chỉ phụ thuộc nhiệt độ Nếu Vậy, để tăng hiệu suất của động cơ nhiệt thì ta tăng nhiệt độ của nguồn nóng, hạ nhiệt độ của nguồn lạnh. - Hai động cơ nhiệt như nhau, có như nhau thì động cơ nào có lớn hơn thì hiệu suất lớn hơn. Mặt khác, , do đó nếu hai động cơ có như nhau thì động cơ nào có hiệu suất lớn hơn thì sinh công nhiều hơn. Như vậy, cùng nhiệt lượng như nhau nhưng nếu được lấy từ nơi có nhiệt độ cao hơn thì sẽ biến thành nhiều công hơn. Ta nói: nhiệt lượng lấy ở nhiệt độ cao có chất lượng hơn nhiệt lượng lấy ở nhiệt độ thấp.
Trang 6
- Muốn tăng hiệu suất của động cơ, ta có thể chế tạo sao cho động cơ càng gần động cơ thuận nghịch. 1.4.4. Định lí Carnot Định lí 1: Hiệu suất của các động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carnot thuận nghịch, hoạt động giữa hai nguồn nhiệt có nhiệt độ và cho trước thì bằng nhau và độc lập với hệ dùng để sinh công. Định lí 2: Hiệu suất của động cơ nhiệt không thuận nghịch thì nhỏ hơn hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch. Định lí 3: Trong cùng điều kiện như nhau, chu trình Carnot luôn luôn có hiệu suất lớn hơn các chu trình không phải là Carnot Tóm lại, 1.5. Công thức định lượng của định luật thứ hai 1.5.1. Trường hợp có hai nguồn nhiệt Hiệu suất chu trình Carnot thuận nghịch và không thuận nghịch Biết rằng, nên Mà Suy ra, (công thức định lượng của định luật thứ hai) Với, là nhiệt rút gọn của nguồn nóng. là nhiệt rút gọn của nguồn lạnh Dấu ứng với chu trình Carnot thuận nghịch, dấu ứng với chu trình Carnot không thuận nghịch. 1.5.2. Mở rộng ra cho động cơ nhiệt với nhiều nguồn nhiệt Xét chu trình Carnot gồm nhiều quá trình đẳng nhiệt và đoạn nhiệt kế tiếp nhau, ta có
Trang 7
Với là nhiệt lượng mà tác nhân nhận được từ nguồn nhiệt có nhiệt độ . 1.5.3. Trường hợp chu trình Carnot có dạng bất kỳ, trong đó nhiệt độ biến thiên liên tục (bất đẳng thức Clausius) Với là nhiệt lượng mà tác nhân nhận tại nhiệt độ 2. MÁY NHIỆT Máy nhiệt là một hệ hoạt động tuần hoàn để biến công thành nhiệt hoặc nhiệt thành công. Máy nhiệt gồm có 3 bộ phần chính: tác nhân, nguồn nóng và nguồn lạnh. Tác nhân là chất vận chuyển (hơi nước, khí, xăng,…) làm nhiệm vụ biến nhiệt thành công hoặc ngược lại. Khi máy hoạt động, tác nhân trao đổi nhiệt với các vật có nhiệt độ không đổi là nguồn nóng và nguồn lạnh. Sau mỗi chu trình, tác nhân biến một phần nhiệt thành công hoặc một phần công thành nhiệt rồi trở về trạng thái ban đầu. 2.1. Động cơ nhiệt - Nguyên tắc: là loại máy nhiệt biến đổi nhiệt lượng thành công. - Cấu tạo gồm 3 phần: nguồn nóng có nhiệt độ , nguồn lạnh có nhiệt độ và tác nhân là môi trường vật chất làm nhiệm vụ biến đổi nhiệt thành công. - Hoạt động: Tác nhân nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng, biến một phần thành công và nhả nhiệt lượng cho nguồn lạnh và trở về trạng thái ban đầu, quá trình sau đó lặp lại. - Hiệu suất của động cơ nhiệt: 2.2. Máy làm lạnh - Nguyên tắc: là loại máy nhiệt biến đổi công thành nhiệt.
Trang 8
- Cấu tạo gồm 3 phần: nguồn nóng có nhiệt độ , nguồn lạnh có nhiệt độ và tác nhân là môi trường vật chất làm nhiệm vụ biến đổi nhiệt thành công. - Hoạt động: Tác nhân nhận công của ngoại vật và lấy một nhiệt lượng của nguồn lạnh và nhả nhiệt lượng cho nguồn nóng. - Hiệu năng (hệ số làm lạnh) của máy lạnh: 3. CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ NHIỆT 3.1. Động cơ đốt trong Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt trong đó nhiên liệu được đốt cháy ở bên trong buồng đốt (xilanh) của động cơ. * Động cơ đốt trong bốn kì Otto - Kì 1:Pit tông đi xuống, cam nạp mở, hỗn hợp cháy gồm không khí và nhiên liệu được tạo thành từ bộ chế hòa khí tràn vào đầy xilanh. Cuối kì, pittong ở đáy xilanh. - Kì 2: Pit tông đi lên, cam nạp đóng, hỗn hợp cháy bị nén. Khi pit tông đến gần đỉnh, thì bugi đánh lửa làm cho hỗn hợp cháy bị nổ, áp suất trong xilanh tăng đột ngột. - Kì 3: Áp suất lớn trong xilanh đẩy pit tông đi xuống bằng một lực lớn. Đây là kì sinh công của động cơ nhiệt. Khi pit tông xuống tới đáy thì cam xả mở. - Kì 4: Pit tông đi lên, đẩy hỗn hợp đã bị cháy ra khỏi xilanh qua cam xả. Sau đó chu trình lặp lại. * Một loại động cơ khác là động cơ Diesel, loại này không có bugi đánh lửa. Thay vào việc tạo tia lửa điện bằng bugi vào cuối kì 2 thì người ta nén không khí với tỉ số nén cao (từ 1 atm đến 15 – 25 atm) làm cho nhiệt độ tăng lên đến 550 0C. Tiếp đó dầu diesel được mũi phun cao
Trang 9
áp phun vào xilanh. Tiếp xúc với không khí nóng, dầu cháy và làm cho pit tông đi xuống sinh công. Trong động cơ Diesel, hệ số nén khí tới 25, trong khi trong động cơ Otto hệ số nén khí chỉ tới 9. Vì vậy, động cơ Diesel phải có xilanh thành dày, chắc chắn hơn và trở thành nặng hơn, đắc hơn. 3.2. Tuabin khí Tuabin khí là một loại động cơ đốt trong, trong đó sản phẩm của việc đốt cháy nhiên liệu trong không khí nén được giãn ra và sinh công trong tuabin. Không khí của khí quyển được nén bởi một máy nén quay (máy này được kéo theo tuabin) và đưa vào buồng đốt, tại đây không khí trộn với nhiên liệu. Sản phẩm cháy giãn và đẩy pit tông. Tuabin khí làm quay trục, tức là tạo ra trực tiếp chuyển động quay. Chu trình của tuabin khí nhận nhiệt đẳng áp : nén đoạn nhiệt : nhận nhiệt đẳng áp : giản đoạn nhiệt : nhả nhiệt đẳng áp Đặt: : tỉ số tăng áp khí nén Hiệu suất chu trình B. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Chu trình Otto Chu trình biểu diễn trên đồ thị như hình vẽ : nén đoạn nhiệt hỗn hợp không khí nhiên liệu. : cháy (nhận nhiệt) đẳng tích. : dãn đoạn nhiệt. : thải khí (coi như nhả nhiệt) và nạp hỗn hợp mới, thực ra 4-5-6-1 nhưng vì 5-6 và 6-1 coi như triệt tiêu nhau về nhiệt và công. gọi là tỉ số nén (từ 7 đến 9) gọi là tỉ số tăng áp khi nhận nhiệt.
Trang 10
Tính hiệu suất của chu trình theo tỉ số nén và chỉ số đoạn nhiệt Bài giải Xét 1 mol khí Nhiệt nhận trong quá trình Nhiệt lượng nhả trong quá trình - Hiệu suất của chu trình Mặt khác, Tương tự. Hiệu suất chu trình Otto chỉ phụ thuộc tỉ số nén, không phụ thuộc tỉ số tăng áp suất. Bài 2. Chu trình Diesel Chu trình biểu diễn trên hệ tọa độ như hình vẽ : nén đoạn nhiệt không khí. : nhận nhiệt đẳng áp (phun nhiên liệu vào xilanh, nhiên liệu cháy). : dãn đoạn nhiệt. : thải khí (coi như nhả nhiệt) và nạp khí mới, thực ra 4-5-6-1 nhưng vì 5-6 và 6-1 coi như triệt tiêu nhau về nhiệt và công. gọi là tỉ số nén (từ 12 đến 20)
Trang 11
gọi là hệ số nổ sớm. Tính hiệu suất của chu trình theo tỉ số nén , hệ số nổ sơm và chỉ số đoạn nhiệt Bài giải Xét 1 mol khí Nhiệt nhận trong quá trình Nhiệt lượng nhả trong quá trình - Hiệu suất của chu trình Mặt khác, Tương tự. Suy ra, Hiệu suất chu trình Diesel chỉ phụ thuộc cả tỉ số nén và hệ số nổ sớm, hiệu suất tăng nếu tăng tỉ số nén và giảm hệ số nổ sớm. Bài 3. Chu trình Stirling Một chất khí, xem là khí lí tưởng (với không đổi) thực hiện một chu trình động cơ gồm hai đường đẳng nhiệt (nguồn nóng ở nhiệt độ , nguồn lạnh ở nhiệt độ ) và hai đường đẳng tích. a. Vẽ chu trình trên hệ tọa độ . b. Chứng tỏ rằng nhiệt lượng trao đổi trong các quá trình đẳng tích là đối ngược nhau.
Trang 12
c. Thừa nhận rằng những sự trao đổi nhiệt này được thực hiện bởi bộ tái sinh ở bên trong máy và chỉ có những trao đổi nhiệt với bên ngoài xảy ra ở các quá trình đẳng nhiệt. Xác định hiệu suất của chu trình. Bình luận kết quả. Bài giải a. b. Làm nóng đẳng tích Làm lạnh đẳng tích Suy ra, c. Gọi là nhiệt lượng trao đổi với hai nguồn Hiệu suất của chu trình Hiệu suất bằng hiệu suất của chu trình thuận nghịch. Bình luận: Kết quả này hoàn toàn có thể dự đoán được, bởi vì những sự trao đổi nhiệt trong các quá trình đẳng tích được thực hiện bởi bộ tái sinh ở bên trong máy cho nên các quá trình này có thể xem tương đương với các quá trình đoạn nhiệt. Chu trình này tương đương với chu trình Carnot.
Trang 13
Bài 4. Một động cơ nhiệt hoạt động theo một chu trình Stirling gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đẳng tích như hình bên. Cho biết hệ số dãn nở , nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối , nhiệt dung mol đẳng tích của tác nhân là . Hãy tính hiệu suất của động cơ và so sánh với hiệu suất của động cơ hoạt động theo chu trình Carnot thuận nghịch. Bài giải - Nhiệt lượng hệ nhận trong quá trình - Nhiệt lượng hệ nhả trong quá trình - Nhiệt lượng hệ nhả trong quá trình - Nhiệt lượng hệ nhận trong quá trình Hiệu suất của chu trình * So sánh với hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch:
Trang 14
Bài 5. Khảo sát một động cơ hoạt động theo chu trình lí tưởng dùng chất khí lí tưởng có nhiệt dung không đổi làm tác nhân. Chu trình gồm hai quá trình đẳng áp nối với nhau bằng hai quá trình đoạn nhiệt. a. Tìm hiệu suất của động cơ theo . b. So sánh hiệu suất với hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch nếu sử dụng cùng một tác nhân và làm việc giữa hai nguồn nhiệt cao nhất và thấp nhất của chu trình trên. Bài giải a.- Nhiệt lượng hệ nhận - Nhiệt lượng hệ nhả - Hiệu suất của chu trình Mặt khác, Tương tự. Suy ra, b. Nhiệt độ cao nhất của chu trình: Nhiệt độ thấp nhật của chu trình:
Trang 15
Hiệu suất chu trình Carnot làm việc giữa hai nguồn nhiệt trên: Vậy, Bài 6. Chế độ chuyển tiếp của máy lạnh Bên trong của máy lạnh là một hệ có nhiệt dung C, nhiệt độ ít biến đổi. Sự cách nhiệt là không hoàn chỉnh, nó trao đổi với môi trường bên ngoài ở nhiệt độ một công suất nhiệt tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ: . Động cơ làm cho máy lạnh hoạt động cung cấp một công suất cơ học . Giả thiết rằng hiệu suất làm lạnh của máy là bằng với máy thuận nghịch làm việc giữa nhân với hệ số . a. Thiết lập phương trình vi phân cho . b. Xác định giá trị của sau một thời gian khá dài. Cho Bài giải a. Cân bằng năng lượng bên trong máy Với Phương trình vi phân b. Khi thời gian đủ dài, chế độ ổn định, khi đó Bài 7. Động cơ nhiệt Mặt Trời
Trang 16
Để cho hoạt động một cái bơm nhằm bơm nước giếng, người ta có ý định chế tạo một máy hơi nước dùng nguồn nóng là một bộ thu năng lượng mặt trời và nguồn lạnh là nước hút lên từ giếng. Bộ thu phải nhận một thông lượng mặt trời là . Người ta chấp nhận một nửa công suất đó được chuyển cho nước bay hơi ở nhiệt độ . Hơi nước dãn cung cấp công suất cơ học cho bơm, sau đó đi vào bộ ngưng ở đấy nhiệt độ là . Ở đầu ra, một cái bơm nâng áp suất chất lưu để đưa chất lưu vào nồi hơi. Hệ hoàn toàn kín, hơi nước là khí duy nhất có mặt. a. Hiệu suất nhiệt động học cực đại của động cơ là bao nhiêu? Người ta có thể đạt được công suất cơ học cực đại là bao nhiêu? b. Cho rằng hiệu suất nhiệt động bằng hiệu suất cực đại và hiệu suất cơ học của bơm là . Hỏi lưu lượng nước bơm được nếu độ sâu của giếng là . Cho . c. Giả sử hệu suất nhiệt động học của động cơ là cực đại. Hỏi nhiệt độ nước bơm được tăng lên bao nhiêu? Cho biết nhiệt dung riêng của nước là . Bài giải a. Hiệu suất cực đại: Công suất cơ học cực đại: b. Công suất cơ học của máy bơm: Lưu lượng nước bơm được c. Công suất truyền cho nguồn lạnh: Nhiệt độ nước bơm tăng lên trong 1 giây: Bài 8. (Đề thi chọn đội tuyển dự Ipho năm 2001, ngày thứ hai)
Trang 17
Một động cơ nổ chạy theo chu trình Otto gồm hai đường đoạn nhiệt và hai đường đẳng tích. Quá trình đẳng tích thứ nhất diễn ra khi thể tích của khí trong xilanh lớn nhất, quá trình đẳng tích thứ hai là lúc hỗn hợp nhiên liệu nổ. Để biến chuyển động đi về của pittông thành chuyển động quay tròn của bán đà (vô lăng) người ta dùng hệ thống biên gồm hai thanh có chiều dài và . Thanh gắn cố định với bánh đà, góc hợp bởi và thay đổi khi máy hoạt động, Xilanh xem như một hình trụ đáy phẳng, ở đáy có gắn bugi. Khi pittông ở vị trí cao nhất, đỉnh pittông cách đáy xilanh khoảng , hai vạch chuẩn ở thân máy và trên bánh đà đối diện nhau. 1. Nếu máy được chỉnh tốt, bugi sẽ đánh lửa khi đối diện nhau thì hiệu suất động cơ bằng bao nhiêu? 2. Giả sử máy chỉnh không tốt, bugi đánh lửa và lệch nhau một góc . Hỏi hiệu suất động cơ giảm còn bao nhiêu phần trăm? Áp dụng bằng số: Bài giải 1. Nhiệt lượng nhận Nhiệt lượng nhả - Hiệu suất của chu trình Mặt khác,
Trang 18
Tương tự. 2. Khi máy chỉnh không tốt: bugi đánh lửa khi IM hợp với OI một góc Khi đó, Suy ra, Bài 9. (Đề thi chọn HSGQG 2022 – 2023 ngày 1) Một máy lạnh hoạt động theo chu trình Joule thuận nghịch sử dụng một khối khí lí tưởng làm tác nhân. Chu trình của khối khí được biểu diễn trên đồ thị (áp suất – thể tích) như hình vẽ. Trong đó, và là những quá trình đoạn nhiệt, và là những quá trình đẳng áp. Áp suất của khối khí trong các quá trình đẳng áp và lần lượt là và (với ). Biết hệ số đoạn nhiệt của tác nhân là . 1. Vẽ lại chu trình trên đồ thị (áp suất – nhiệt độ) và trên đồ thị (thể tích – nhiệt độ). Thiết lập biểu thức tính hiệu năng của máy lạnh theo và .
Trang 19
2. Gọi nhiệt độ ở các trạng thái 1, 2, 3 và 4 lần lượt là và . Cho , , và . Tính các nhiệt độ t2, t4 và hiệu năng của máy lạnh. 3. Giả sử một máy lạnh có hiệu năng không đổi và bằng hiệu năng trong ý trên (ý 2). Máy lạnh này được sử dụng để làm lạnh một căn phòng kín có thể tích 80 m3. Công suất của máy lạnh khi hoạt động liên tục là . Do phòng không cách nhiệt hoàn toàn nên xảy ra quá trình truyền nhiệt giữa môi trường bên ngoài với phòng, quá trình truyền nhiệt này tuân theo phương trình , với là hệ số tỉ lệ và được coi là không đổi, TM là nhiệt độ bên ngoài phòng, TP là nhiệt độ phòng, là nhiệt lượng trao đổi trong khoảng thời gian dt. Biết khối lượng riêng của không khí , nhiệt dung riêng đẳng tích của khống khí , nhiệt độ bên ngoài phòng là 35 0C và được xem như không đổi. a. Tính thời gian để nhiệt độ phòng giảm tử đến . Cho rằng máy lạnh hoạt động liên tục. b. Không khí trong phòng đã đạt nhiệt độ . Để suy trì nhiệt độ trong phòng, máy lạnh được kiểm soát bằng một bộ điều khiển mở – tắt. Máy lạnh sẽ ngừng hoạt động khi nhiệt độ trong phòng đạt giá trị ts và hoạt động trở lại khi nhiệt độ trong phòng có giá trị , với . Xác định tỉ số giữa thời gian máy hoạt động và thời gian máy nghỉ trong một chu kỳ mở – tắt. Bài giải 1. Chu trình vẽ trên đồ thị và
Trang 20
Trong các quá trình đoạn nhiệt: Gọi lần lượt là nhiệt độ tại các trạng thái 1, 2, 3, 4. Trong các quá trình và Trong các quá trình đoạn nhiệt: Nhiệt lượng hệ tỏa ra trong quá trình : Với m là khối lượng của khối khí, Cp là nhiệt dung riêng đẳng áp. Nhiệt lượng hệ nhận trong quá trình : Công khối khí nhận cả chu trình Hiệu năng của máy lạnh: 2. Hiệu năng của máy lạnh 3. Trong khoảng thời gian dt, nhiệt lượng của khối khí trong phòng thay đổi một lượng: Nhiệt lượng này gồm nhiệt lượng hệ bị lấy đi từ máy lạnh và nhiệt lượng hệ nhận vào do quá trình truyền nhiệt
Hiển thị 20 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!