Giáo trình Vật lý đại cương 1 (Phần 2)

 PHẦN 2. NHIỆT HỌC 
 Trong phần cơ học ta đã nghiên cứu dạng chuyển động cơ. Khi nghiên 
cứu chuyển động đó ta chưa chú ý đến những quá trình xảy ra bên trong vật, 
chưa xét đến những quá trình liên quan đến cấu tạo của vật. 
 Ta cũng đã biết một vật được cấu tạo bởi vô số các phân tử chuyể n động 
hỗn loạn không ngừng. Những hiện tượng ‘nhiệt’ là những hiện tượng có liên 
quan chặt chẽ đến chuyển động hỗn loạn của các phân tử. Vì vậy chuyển động 
hỗn loạn của các phân tử còn gọi là chuyển động nhiệt. 
 Nhiệt học là bộ môn nghiên cứu những hiện tượng dựa trên cơ sở là sự 
hiểu biết về cấu tạo của vật chất. Đối tượng nghiên cứu là một hệ gồm một số 
rất lớn các phân tử chuyển động. Nhiệm vụ của nó là nghiên cứu mối liên hệ 
giữa những tính chất vĩ mô của một hệ vật chất ( VD: T, p, ...) với những tính 
chất và định luật chuyển động của các phân tử cấu tạo nên hệ đó. 
 Để nghiên cứu chuyển động nhiệt người ta dùng các phương pháp thống 
kê và phương pháp nhiệt động. 4! z 
 Phương pháp thống kê: Phương pháp này phân tích quá trình xảy ra đối 
với từng phân tử, nguyên tử riêng biệt cấu tạo nên vật, rồi dựa vào các quy luật 
thống kê để tìm quy luật chung cho cả tập hợp phân tử và các tính chất của vật.
 Ós 
 Phương pháp nhiệt động: Là phương pháp dựa trên cơ sở là những nguyên 
lý cơ bản rút ra từ thực tiễn để giải thích các hiện tượng nhiệt mà không chú ý 
đến cấu tạo phân tử của vật. Phương pháp này nghiên cứu các hiện tượng trên 
quan điểm về sự biến đổi năng lượng trong các hiện tượng đó.
 124 
 Chương 1. MỞ ĐẦU 
1.1. THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI. 
ÁP SUẤT VÀ NHIỆT ĐỘ 
1.1.1. Thông số trạng thái và phương trình trạng thái 
 Khi ta nghiên cứu một vật và thấy tính chất của vật thay đổi ta nói trạng 
thái của vật đã thay đổi. Trạng thái của vật được xác định bởi một tập hợp các 
tính chất, mỗi tính chất lại được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý. Như vậy 
trạng thái của một vật được xác định bởi một tập hợp xác định các đại lượng 
Vật lý. Các đại lượng này gọi là các thông số trạng thái của hệ. 
 Hệ thức giữa các thông số trạng thái của một vật gọi là phương trình trạng 
thái của vật đó. \ vT 
 Ví dụ. 
 Để xác định trạng thái của một khối khí ta có ba thông số trạng thái đó 
là: áp suất p, thể tích V, nhiệt độ tuyệt đối T. Ba thông số trên gọi là các thông 
số nhiệt. 
 Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong ba thông số đó chỉ có hai thông số độc 
lập, nghĩa là tìm được phương trình trạng thái dạng tổng quát của một khối khí: 
 Ạ\p,V,T} = 0 (1.1) 
1.1.2. Khái niệm áp suất và nhiệt độ. 
a, Áp suất 
 Áp suất là đại lượng vật lý có giá trị bằng lực nén vuông góc lên một đơn 
vị diện tích. 
 p = ỉễ (1-2) 
 Còn đối với chất khí, áp suất chất khí là lực mà các phân tử khí là lực mà 
các phân tử khí tác dụng vuông góc lên một đơn vị diện tích thành bình. 
 Đơn vị của áp suất: 
 • Trong hệ SI là N / m2 hay Paxcan (Pa). 
 • Ngoài ra còn có các đơn vị khác: at, atm, mmHg, tor, bar. 
 125 
 2
 - Atmôtphe vật lý (at): 1at = 9,81.104 N / m = 736mmHg, 
 2
 - Atmôtphe kĩ thuật (atm): 1atm = 1,033at = 1,013.105 N / m . 
b, Nhiệt độ jy 
 Nhiệt độ là một trong những khái niệm cơ bản của Vật lý phân tử và nhiệt 
học. Nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho tính chất vĩ mô của vật, thể hiện mức 
độ nhanh chậm của chuyển động hỗn loạn của các phân tử cấu tạo nên vật. 
 Để có thể định nghĩa nhiệt độ một cách định lượng, chúng ta cần có một 
thang đo và gán cho thang đó các con số khác nhau ứng với mức độ nóng lạnh 
khác nhau. Dụng cụ để đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế. 
 Hai thang nhiệt độ được sử dụng phổ biến trong Vật lý là: 
 • Thang nhiệt độ Celcius (thang nhiệt độ bách phân) 
 Trong thang nhiệt độ này, nhiệt độ bắt đầu sự đóng băng của của nước 
tinh khiết được quy ước là 0 °C còn nhiệt độ sôi của nước ở 760mmHg được gán 
cho giá trị 100 °C. 
 Sử dụng nhiệt kế thủy ngân, thì độ chênh lệch độ cao cột thủy ngân được 
chia làm 100 vạch (nên có tên gọi là thang nhiệt bách phân 100 phần), mỗi vạch 
ứng với 1°C trong thang nhiệt độ Celcius. 
 Trong thang nhiệt độ Celcius nhiệt độ có thể âm, bằng không, dương. 
 Nhiệt độ thấp nhất trong thang Celcius bằng -273,16 °C. 
 Kí hiệu nhiệt độ trong thang Celcius là t °C 
 • Thang nhiệt độ Kelvin (thang nhiệt độ tuyệt đối). 
 Trong thang nhiệt độ này, nhiệt độ của vật được kí hiệu là: T K. 
 126 
 Một độ chia trong thang Kelvin cũng bằng một độ chia trong thang 
Celcius, nhưng không độ tuyệt đối 0K trong thang Kelvin thì tương ứng với -
273,16OC trong thang nhiệt Celcius. Khi T = 0K các phân tử ngừng chuyển 
động nhiệt hỗn loạn. Vậy trong thang độ Kelvin không có nhiệt độ âm. Do đó 
thang nhiệt độ này còn được gọi là thang nhiệt độ tuyệt đối. 
 Mối liên hệ giữa thang nhiệt độ Kelvin và thang nhiệt độ Celcius: 
 TK = 273,16 +t °C. (1.3) 
 Trong tính toán đơn giản ta thường lấy: 
 TK = 273 +t °C. 
1.2. CÁC ĐỊNH LUẬT THỰC NGHIỆM VỀ CHẤT KHÍ 
 Các định luật thực nghiệm ta tìm hiểu trong bài này là định lu ... h đoạn nhiệt cho các qúa trình 2^3 và 4^1: 
 TV 1 = T V 1 
 y1'r2 12-’3 V = V 
 TV 1 = T.V. 1 V4 V 
 1-1 2-4 
 (3.6) 
b, Định lí Carnot 
 • Phát biểu 
 Hiệu suất của tất cả các động cơ thuận nghịch chạy theo chu trình Carnot 
với cùng nguồn nóng và nguồn lạnh đều bằng nhau và không phụ thuộc vào tác 
nhân cũng như cách chế tạo máy. Hiệu suất của động cơ không thuận nghịch thì 
nhỏ hơn hiệu suất của động cơ thuận nghịch. 
 Dấu: “ = ” ứng với chu trình Carnot thuận nghịch 
 “ < ” ứng với chu trình Carnot không thuận nghịch. 
 161 
 • Chứng minh 
- Hiêu suất của đông cơ thuận nghịch không phụ thuôc vào tác nhân và cách chế tao 
 máy. 
 Giả thiết có 2 động cơ thuận nghịch I và II chạy theo chu trình Carnot với cùng nguồn 
nóng và nguồn lạnh. 
 Nếu chúng cùng lấy nhiệt ở nguồn nóng là Q1 và nhả nhiệt cho nguồn lạnh là Q21’ 
và Q211’: 
 (Q
 H = 1 ', H = 1 %- 
 1
 Q1 11 Q1 X 
 Giả sử: Q21’ HII 
 Vì các động cơ là thuận nghịch nên có thể thực hiện một động cơ ghép gồm: động cơ 
I chạy theo chiều thuận và động cơ II chạy theo chiều nghịch. 
 Nụuỏn nửng 
Đông cơ 2 Đông cơ 1 
 nhftn nhJfl 
 - Nhả Q21 ’ ra nguồn lạnh 
- Nhận Q211 từ nguồn lạnh 
 - Nhận Q1 từ nguồn nóng 
- Tỏa Q1’ ra nguồn nóng Nguồn Ljfữì 
 Sinh công AỊ ’ = Qỉ - Q ’ 
. Au 1 - 2I 
 Nhận công = Q ’ - Q K2 DC L 
 Chạy chũ‘u ni.rhjch ■Chcpy dslẻM ihnin 
 Chu trinh Các nỏ ghép hai động 
 cơ 
 Do động cơ 2 là động cơ thuận nghịch nên: 
 Kết quả sau một chu trình thuận I, nghịch II: 
 o Nội năng của cả 2 động cơ không đổi (vì chúng thực hiện những chu trình) o 
 Không có sự trao đổi nhiệt với nguồn nóng (nhận vào Q1 và lại nhả ra Q1) o 
 Nhận nhiệt của nguồn lạnh là: 
 Q211 - Q21’ = Q211’ - Q21’ 
 o Sinh công tổng cộng là: 
 A’ = A’I - AII 
 162 
 A' = Q1 - Q21’ - (Q1 ’ - Q211) 
 A' = Q211’ - Q21’ 
 Vậy động cơ này không vi phạm nguyên lí I, sau một chu trình toàn bộ nhiệt nhận 
được từ nguồng lạnh đều sinh công nhưng nó vi phạm nguyên lý II vì nó sinh công mà chỉ 
trao đổi nhiệt với một nguồn nhiệt. 
 Không tồn tại động cơ này. 
 Nghĩa là: không xảy ra HỊ > Hu 'VJ'V 
 Tương tự: không xảy ra HI < HII 
 Vậy: 
 Hi = HII Vtác nhân 
 Hiệu suất của động cơ nhiệt có tác nhân (lí tưởng hoặc không) biến đổi theo chu 
trình Cacnô thuận nghịch là: , 
 Hiêu suất của động cơ không thuân nghịch nhỏ hơn hiêu suất của động cơ thuân nghịch. 
 Ta có: 
 H = A 
 Q1 
>^\xẻt 2 động cơ thuận nghịch và không thuận nghịch cùng lấy ở nguồn nóng nhiệt lượng Q1 
và nhả cho nguồn lạnh nhiệt lượng Q2’. 
 ĐC thuận nghịch: 
 A’TN = Q1 - Q’2 
 (vì không trao đổi năng lượng với môi trường). 
 ĐC không thuận nghịch: 
 163 
 Ngoài việc nhả nhiệt ra nguồn lạnh và sinh công tác nhân còn mất năng lượng do 
truyền nhiệt ra môi trường và chống lại ma sát. 
 +E
 Q1 = Q’2 + A’ KTN haophi 
 A’KTN < Q1 - Q’2 
 A’KTN < A’TN 
 HKTN < HTN 
c. Nhận xét 
- Nhiệt không thể biến hoàn toàn thành công. 
 H = A =1 
 Q1 Ti 
 Vì: 
 Công sinh ra nhỏ hơn nhiệt nhận vào. 
- Hiệu suất của động cơ nhiệt càng lớn nếu nhiệt độ nguồn nóng T1 càng cao 
 và nhiệt độ nguồn lạnh T2 càng thấp. 
- Muốn tăng hiệu suất động cơ thì phải chế tạo sao cho động cơ này càng gần 
 với động cơ thuận nghịch. 
3.2. BIỂU THỨC ĐỊNH LƯỢNG CỦA NGUYÊN LÝ THỨ HAI 
 Vì hiệu suất của động cơ nhiệt: 
 H = A = 1 M, Q1 T 
 Q1 (3.7) 
 (
 Q' (3.8) 
 Q1 T . 
 (3.7) Là biểu thức định lượng của nguyên lý hai. Nếu gọi Q2 là nhiệt mà 
 hệ nhận được của nguồn lạnh: 
 Q - Q
 2 = ’2 
 164 
 Q1 T 
 (3.9) 
 Suy rộng hệ thức (3.9) trong trường hợp hệ biến đổi theo một chu trình 
gồm vô số quá trình đẳng nhiệt (T1, T2, ....) và quá trình đoạn nhiệt kế tiếp nhau: 
 Q 0. (3.10) 
 i T 
 Nếu trong chu trình của hệ biến thiên liên tục, cho hệ tiếp xúc lần lượt với 
vô số nguồn nhiệt có nhiệt độ T vô cùng gần nhau và biến thiên liên tục, mỗi quá 
trình tiếp xúc với nguồn nhiệt là một quá trình vi phân trong đó hệ nhận nhiệt 
SQ: V • 
 oQ 0. (3.11) 
 T 
 (3.11) Là biểu thức định lượng tổng quát của nguyên lý II. 
 Dấu: “ = ” ứng với chu trình thuận nghịch, 
 “ < ” ứng với chu trình không thuận nghịch. 
3.3. HÀM ENTROPY VÀ NGUYÊN LÝ TĂNG ENTROPY 
3.3.1. Hàm Entropy 
a. Nhận xét 
 Xét một hệ biến đổi theo một chu trình thuận 
nghịch (1 a2b1), ta có: 
 o — = 0 
 T 
 1a 2b1 
 dQ + dQ = 0 
 , , T 1a 2 T 
 2b1 
 Do quá trình là thuận nghịch nên nếu ở quá trình 
(2b1) nhận nhiệt Q (2b1) thì ở quá trình nghịch (1b2) nhận Chu trình thuận nghịch 
nhiệt Q (1b2) = - Q (2b1). 
 165 
 -Q- + ~-Q = 0 , „T _ T 1a2 1b2 
 _Q= -Q (3.12) 
 T T 
 1a2 1b2 
 Vậy, tích phân -Q- theo các quá trình thuận nghịch từ Irạng thái (1) đến Irạng thái 
(2) không phụ thuộc vào quá trình mà chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và trạng thái cuối. 
 * Xét một hệ biến đổi theo một chu trình gồm (1a’2) không thuận nghịch và (2b1) 
thuận nghịch. Nhu vậy chu trình này không thuận nghịch. "VJ • 
 Ta có: 
 o -ị < 0 , T 1a'2b1 
 Do (2b1) là thuận nghịch nên: 
 Hình 3.5. Các quá trình thuận nghịch 
 và không thuận nghịch có cùng trạng 
 thái đầu và trạng thái cuối 
 -Ệ + -Ệ < 0 
 T ,,, T 
 1a'2 2 b1 
 (3.13)
 Q = _Q thuận nghịch bao giờ cũng nhỏ hơn quá trình 
 thuận nghịch. 
 2b1 T T
 1b2 X 
 Q Q < 0 b. Định nghĩa 
 1a' 2 T ,,, T 
 1b2 Xét một hệ biến đổi theo một quá trình 
 Q < Q thuận nghịch từ trạng thái (1) đến trạng thái 
 1a' 2 T T 
 1b2 
 Vậy, tích phân Q từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) của một quá trình không 
 _ 
(2). Hàm entropy S của hệ Tđu ợc định nghĩa: 
 • Dạng vi phân: 
 dS=-Q (3.14) 
 • Dạng tích phân: 
 (2) Q 
 S=S2 S1 = ò Q. 
 (1)1 (3.15) 
 Độ biến thiên entropy của hệ từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) có giá trị bằng tích 
phân -Q- từ (1) đến (2) trong một quá trình thuận nghịch nào đó. 
 166 
c. Tính chất 
 • S là một hàm trạng thái nghĩa là ở mỗi trạng thái của hệ nó có một giá trị xác 
 định, không phụ thuộc vào quá trình biến đổi của hệ từ trạng thái này sang trạng 
 thái khác. 
 • S là một đại lượng có tính cộng được nghĩa là entropy của một hệ cân bằng 
 tổng entropy của từng phần riêng biệt. A 
 • Entropy được xác định sai khác một hằng số cộng: 
 S=S + (3.16) 
 Thuờng quy uớc So = 0 tại T = 0K để S đơn trị.y 
 • Với quá trình không thuận nghịch: 
 ds > -Q. (3.17) 
 T 
 • Đơn vị trong hệ SI là jun trên kelvin (J/K) 
d. Dạng khác của biểu thức định lượng của nguyên lý thứ hai: 
 E& L dQ. (3.1S) 
 T 
 Dấu: “ = ” ứng với quá trình thuận nghịch, 
 “ > ” ứng với quá trình không thuận nghịch. 
3.3.2. Nguyên lí tăng entropy 
a. Xét hệ cô lập: 
 Hệ cô lập không trao đổi nhiệt với môi truờng nên: 
 Q= 0 AS > 0. (3.19) 
 Vậy, trong một hệ cô lập, quá trình diễn biến nếu là thuận nghịch thì entropy của hệ 
không đổi (AS = 0) và nếu là không thuận nghịch thì entropy của hệ luôn tăng lên (AS > 0). 
b. Xét hệ không cô lập 
 Đối với hệ không cô lập thì tùy theo dấu và giá trị của nhiệt nhận vào Q trong một 
quá trình thuận nghịch, AS có thể duơng hoặc âm hoặc bằng không nghĩa là entropy của hệ 
có thể tăng hoặc giảm hoặc không đổi. 
c. Nguyên lý tăng entropy 
 167 
 Trong thực tế, các quá trình nhiệt động đều là không thuận nghịch nên ta có nguyên 
lý tăng entropy sau đây: 
 “Với quá trình nhiệt động thực tế xảy ra trong một hệ cô lập, entropy của hệ luôn 
luôn tăng”. 
 Điều này có nghĩa là: một hệ cô lập không thể hai lần đi qua cùng một trạng thái. Khi 
hệ ở trạng thái cân bằng thì quá trình không thuận nghịch kết thúc, thay vào đó là quá trình 
thuận nghịch, entropy không tăng nữa và đạt giá trị cực đại. 
 Vậy: một hệ ở trạng thái cân bằng lúc entropy của nó cực đại. 
d. Entropy trong các quá trình cân bằng của khí lý tưởng 
 Giả sử ta tính AS của một khối khí lí tuởng trong một quá trình biến đổi cân bằng từ 
trạng thái 1 (p1, V1, T1) sang trạng thái 2 (p2, V2, T2). 
 • Quá trình đoạn nhiệt ( Q = 0). 
 J T 
 S=const. (3.20) 
 Do đó quá trình đoạn nhiệt còn đuợc gọi là quá trình đẳng entropy. 
 • Quá trình đẳng nhiệt (T = const). 
 AS= (3.21) 
 J T T 
 • Quá trình cân bằng bất kì. 
 Theo nguyên lí I: 
 Q = U A = U + pdV. 
 Mặt khác: 
 U=p=mRT, 
 v V
 168 
 Q = mcvdT + KT '', (3.22) 
 (2) dT m 
 AẤ = “ZZ—I- ~~ 
 f T M 
 , . „ m _ T m v (3.23) 
 2 D 2 
 => AS = —C„ln^T- +—
Áp dụng phương trình trạng thái:Tỉln^ -y-. 
 M ĩì M Vi 
 p V T
 2 2 _ 2 ln P2 + In ĨỊ1 = In T2, (3.24) 
 PV~ T P1 V1 T1 
 =. A5 = ^Cvln^ + ^Cplnặ. M 
 A M p V. (3.25) 
 169 
 TỔNG KẾT CHƯƠNG III 
1. Nguyên lý thứ hai nhiệt động học 
a, Phát biểu của Clausius 
 Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn. 
b, Phát biểu của Thomson 
 Không thể chế tạo được một máy hoạt động tuần hoàn biến đổi liên tục 
nhiệt thành công nhờ làm lạnh một vật và môi trường xung quanh không chịu 
sự biến đổi nào. 
c, Hiệu suất máy nhiệt 
 • Hiệu suất của động cơ nhiệt: / 
 n A Q1 QÌ =1 
 Q1 Q1 Q1 ■ 
 • Hệ số làm lạnh: . 
 A Q2 
 A Q1 Q2 ■ 
2. Chu trình Carnot và định lý Carnot 
a, Chu trình Carnot 
 • Định nghĩa: 
 Là chu trình gồm hai quá trình đẳng nhiệt thuận nghịch và hai quá trình 
 đoạn nhiệt thuật nghịch. 
 • Hiệu suất của chu trình Carnot thuận với tác nhân là khí lý tưởng: 
 T1 ■ 
b, Định lí Carnot 
 Hiệu suất của tất cả các động cơ thuận nghịch chạy theo chu trình Carnot 
với cùng nguồn nóng và nguồn lạnh đều bằng nhau và không phụ
 170 
thuộc vào tác nhân cũng như cách chế tạo máy. Hiệu suất của động cơ không 
thuận nghịch thì nhỏ hơn hiệu suất của động cơ thuận nghịch: 
 Dấu: “ = ” ứng với chu trình Carnot thuận nghịch, 
 “ < ” ứng vớ chu trình Carnot không thuận nghịch. 
3. Biểu thức định lượng của nguyên lý hai 
 Q ’2 
 Q1 
 Tổng quát: 
 Dấu: “ = ” ứng với chu trình thuận nghịch, 
 “ < ” ứng với chu trình không thuận nghịch. 
4. Hàm Entropy và nguyên lý tăng Entropy 
a. Định nghĩa X V* 
 Độ biến thiên entropy của hệ từ trạng thái (1) đến trạng thái (2) có giá 
trị bằng 20. từ (1) đến (2) trong một quá trình thuận nghịch nào đó. 
 • Dạng vi phân: 
 dS = dQQ 
 • Dạng tích phân: 
 (2) 
 S = S2 S1 = J 
 (1) 
b. Dạng khác của biểu thức định lượng của nguyên lý thứ hai: 
 dS 
 Dấu: “ = ” ứng với quá trình thuận nghịch, 
 “ > ” ứng với quá trình không thuận nghịch. 
 171 
c. Nguyên lí tăng entropy 
 • Vậy, trong một hệ cô lập, quá trình diên biến nếu là thuận nghịch thì 
entropy của hệ không đổi (AS = 0) và nếu là không thuận nghịch thì entropy 
của hệ luôn tăng lên (AS > 0). 
 • Đối với hệ không cô lập thì tùy theo dấu và giá trị của nhiệt nhận vào Q 
 trong một quá trình thuận nghịch, AS có thể dương hoặc âm hoặc bằng 
không nghĩa là entropy của hệ có thể tăng hoặc giảm hoặc không đổi. 
 • “Với quá trình nhiệt động thực tế xảy ra trong một hệ cô lập, entropy 
của hệ luôn luôn tăng”. 
 • Vậy: một hệ ở trạng thái cân bằng lúc entropy của nó cực đại. 
d. Entropy trong các quá trình cân bằng của khí lý tưởng 
 Quá trình đoạn nhiệt: 
 S = const. 
 Quá trình đăng nhiệt: K 
 S = ò -Q = Q. 
 J T T 
 Quá trình cân bằng bất kì: 
 m
 S=mcv inT+ RvV 
 v T V 
 S = mcv -'m lnV 
 v P1 p
 172 
 CÂU HỎI LÝ THUYẾT 
3.1. Phát biểu nguyên lí thứ hai nhiệt động học. 
3.2. Viết công thức xác định hiệu suất của động cơ nhiệt và hệ số làm lạnh. 
3.3. Định nghĩa chu trình Carnot, hãy phân tích (định tính) nhiệt mà tác nhân 
 nhận đuợc trong mỗi quá trình cân bằng. 
3.4. Viết biểu thức xác định hiệu suất của chu trình Carnot thuận và hệ số làm 
 lạnh của chu trình Carnot nghịch (thông qua nhiệt độ). 
3.5. Phát biểu định lý Carnot. Viết biểu thức. k X 
3.6. Máy nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot nghịch sinh công hay nhận 
 công, nó là động cơ nhiệt hay máy làm lạnh? 
3.7. Dựa vào nguyên lý II NĐH hãy giải thích tại sao máy làm lạnh phải nhận 
 công. 
3.8. So sánh hiệu suất của động cơ thuận nghịch và động cơ không thuận 
 nghịch. Muốn tăng hiệu suất của động cơ chúng ta phải làm gì? 
3.9. Nhiệt có thể chuyển hoàn toàn thành công không? Dựa vào biểu thức xác 
 định hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch hãy giải thích. 
3.10. Định nghĩa độ biến thiên entropy của hệ trong một quá trình thuận 
 nghịch. Phát biểu nguyên lý tăng entropy. 
 , ưv BÀI TẬP CHƯƠNG III 
Bài 3.1. 
 .^O-Khi thực hiện chu trình Carnot, khí sinh công 8600J và nhả nhiệt 2,5kcal 
cho nguồn lạnh. 
 a. Tính hiệu suất của chu trình. 
 b. Nếu động cơ trên hoạt động theo chiều nghịch, hãy tính nhiệt luợng mà 
 động cơ thu đuợc từ nguồn lạnh sau một chu trình. 
Bài 3.2. 
 Một động cơ nhiệt lí tưởng chạy theo chu trình Carnot thuận nghịch, nhả 
 173 
cho nguồn lạnh nhiệt lượng 10kJ và bằng 80% nhiệt lượng mà nó thu được từ 
nguồn nóng. Nhiệt độ của nguồn lạnh là 27oC. Tìm: 
 a. Nhiệt độ của nguồn nóng. 
 b. Công mà động cơ sinh ra được sau một chu trình. 
Bài 3.3. 
 Một máy làm lạnh hoạt động theo chu trình Carnot có nhiệt độ buồng 
lạnh là -100C, còn nhiệt độ của nước làm lạnh là 120C. 
 a. Tính hệ số làm lạnh. 
 b. Các ngoại lực trong máy làm lạnh phải thực hiện một công bằng bao 
 nhiêu để lấy đi nhiệt lượng 2.105J từ buồng làm lạnh. 
Bài 3.4. 
 Một động cơ nhiệt lí tưởng chạy theo chu trình Carnot, sau mỗi chu trình 
sinh một công A' = 7,35.104J. Nhiệt độ của nguồn nóng là 1000C, nhiệt độ của 
nguồn lạnh là 00C. Tìm: 
 a. Hiệu suất của động cơ. X 
 b. Nhiệt lượng nhả cho nguồn lạnh sau một chu trình. 
Bài 3.5. 
 Khi thực hiện chu trình Carnot, khí nhận nhiệt 10kcal từ nguồn nóng và 
thực hiện công 15kJ. Nhiệt độ của nguồn nóng là 1000C. Tính: 
 a. Tính hiệu suất của chu trình. 
 b. Nhiệt độ của nguồn lạnh. 
Bài 3.6. 
 Một máy làm lạnh làm việc theo chu trình Carnot nghịch, tiêu thụ công 
suất 36800W. Nhiệt độ của nguồn lạnh là -100C, của nguồn nóng là 170C. 
 a. Tính hệ số làm lạnh của máy. 
 b. Tìm nhiệt lượng lấy được của nguồn lạnh trong 1 giây. 
Bài 3.7. 
 Tìm hiệu suất của động cơ nhiệt làm việc theo chu trình Carnot thuận, 
 174 
biết Y=1,33 và hệ số nén đoạn nhiệt: V7 = 4. Vẽ đồ thị P(V) biểu diễn chu trình. 
Bài 3.8. 
 Tính độ biến thiên entropy khi giãn đẳng nhiệt 10,5g khí nitơ từ thể tích 
2 lít đến thể tích 5lít. 
Bài 3.9. 
 0 0
 10 g oxy đuợc hơ nóng từ t1 = 50 C tới t2 = 150 C. Tính độ biến thiên 
entropy nếu quá trình hơ nóng là: 
 a. Đẳng áp. 
 b. Đẳng tích.
 175 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lương Duyên Bình. Vật lý Đại cương tập 1. NXB Giáo dục - 1995. 
[2] Lương Duyên Bình. Bài tập Vật lý Đại cương tập 1. NXB Giáo dục - 
1995. 
[3] Phó Đức Hoan, Nguyễn Minh Vũ, Nguyễn Bảo Ngọc, Nguyễn Văn 
Đoàn. Cơ học. NXB Giáo dục - 1981. * 
[4] Lê Văn. Vật lý phân tử và nhiệt học. NXB Giáo dục - 1977. 
[5] Phạm Viết Trinh, Nguyễn Văn Khánh, Lê Văn. Bài tập Vật lý Đại cương. 
NXB Giáo dục -1982. 
[6] Đàm Trung Đồn, Nguyễn Viết Kính. Vật lý phân tử và nhiệt học. NXB ĐH 
và TH chuyên nghiệp -1985. 
[7] Jean Marie Brébec, Philippe Denève, Thierry Desmarais, Marc Ménétrier, 
Bruno Noel, Claude Orsini. Cơ học 1. NXB Giáo dục - 2002. 
 176