CHƯƠNG 2. ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ NHẤT-CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÍ LÝ TƯỞNG
2.1. Nội dung và ý nghĩa của định luật nhiệt động học cơ bản thứ nhất
2.1.1. Nội dung
Định luật nhiệt động thứ nhất là định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng trong phạm vi nhiệt.
Định luật bảo toàn và biến hoá năng lượng: Ở mọi quá trình khác nhau diễn ra trong tự nhiên năng lượng không tự mất đi mà chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác.
Định luật này là một tiên đề, không thể chứng minh được, song thực nghiệm cho thấy là đúng.
2.1.2. Ý nghĩa
Có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển và xây dựng lý thuyết về nhiệt động học, được dùng làm cơ sở tính toán và thiết lập phương trình cân bằng năng lượng đã được trao đổi trong các quá trình và chu trình nhiệt động. Nó chính là cơ sở để xác định các nguyên tắc chế tạo động cơ nhiệt.
2.2. Quá trình nhiệt động cân bằng-Quá trình thuận nghịch-Chu trình nhiệt động-Đồ thị p-v
Trong chương 1 chúng ta đã nói về trạng thái cân bằng nhiệt động là trạng thái có nhiệt độ và áp suất tại mọi chỗ trong toàn bộ thể tích khối khí đều bằng nhau và bằng nhiệt độ và áp suất của môi trường xung quanh. Bây giờ ta xét khối khí nằm trong xilanh đang ở trạng thái cân bằng, do có tác động nào đó (ví dụ, nhiệt độ và áp suất môi trường thay đổi), trạng thái cân bằng bị phá vỡ, xuất hiện chênh áp và nhiệt giữa bên trong và bên ngoài. Do chênh áp nên piston dịch chuyển, thể tích khối khí thay đổi. Trong suốt quá trình này, các thông số nhiệt động của khí trong xi lanh thay đổi, quá trình này dừng lại khi đạt tới sự cân bằng mới giữa khí trong xi lanh và môi trường về nhiệt độ và áp suất. Trạng thái cân bằng mới được thiết lập với các thông số trạng thái mới. Khi ấy ta nói rằng chất công tác đã xảy ra quá trình nhiệt động.
Vậy quá trình nhiệt động là quá trình biến đổi trạng thái mà biểu hiện bằng sự thay đổi của các thông số trạng thái.
Điều kiện để có sự thay đổi trạng thái nhiệt động của hệ là có trao đổi nhiệt hoặc công với môi trường bên ngoài và phải có ít nhất một thông số trạng thái thay đổi.
Chú ý rằng, trong quá trình diễn ra ở trên, khí trong xi lanh có thể có áp suất và nhiệt độ khác nhau ở các khu vực, có các dòng nhiệt và vật chất. Chỉ khi thay đổi bên ngoài môi trường là chậm thì có thể coi không có chênh nhiệt độ và áp suất ở trong xi lanh, các trạng thái mà hệ đi qua là những trạng thái cân bằng.
2.2.1. Qúa trình cân bằng
- Là quá trình xảy ra vô cùng chậm sao cho ở các trạng thái trung gian chất công tác kịp thiết lập sự cân bằng cơ và nhiệt, nghĩa là kịp xác lập các thông số trạng thái ở mọi chỗ bên trong công chất. Nói cách khác: trong một quá trình biến đổi, chất khí đi từ trạng thái đầu đến trạng thái cuối, qua các trạng thái trung gian đều là những trạng thái cân bằng thì quá trình đó gọi là quá trình cân bằng.
