Vật lý

Để tìm ra cách tăng hiệu suất của động cơ nhiệt , một nhà khoa học người Pháp tên là Sadi Carnot (1796-1832) đã nghiên cứu một động cơ nhiệt lý tưởng vào năm 1824. Vào thời điểm đó, định luật thứ nhất của nhiệt động lực học chưa được hình thành, cũng như định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Định luật thứ nhất chưa được hình thành vì các nhà khoa học chưa biết rằng nhiệt là năng lượng. Sau khi Joule và các đồng nghiệp của ông tiến hành thí nghiệm vào những năm 1830, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nhiệt là năng lượng di chuyển do sự khác biệt về nhiệt độ. Vì vậy, định luật thứ nhất của nhiệt động lực học đã được hình thành sau năm 1830. Sadi Carnot đã nghiên cứu động cơ nhiệt lý tưởng vào năm 1824. Nghiên cứu của ông thực chất là để tăng hiệu suất của động cơ hơi nước. Hầu hết các động cơ hơi nước thời đó đều kém hiệu quả.

Tìm hiểu thêm

Để giải thích các quá trình nhiệt động lực học không thuận nghịch, các nhà khoa học đã xây dựng nên định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Định luật thứ hai của nhiệt động lực học giải thích những quá trình nào có thể xảy ra trong vũ trụ và những quá trình nào không thể xảy ra. Một nhà khoa học tên là RJE Clausius (1822-1888) đã đưa ra nhận định sau:

Đương nhiên, nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp; đương nhiên, nhiệt không truyền từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao (Định luật thứ hai của nhiệt động lực học - phát biểu của Clausius).

Phát biểu của Clausius là một trong những phát biểu đặc biệt của định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Nó được gọi là phát biểu đặc biệt vì nó chỉ áp dụng cho một quá trình duy nhất, liên quan đến sự truyền nhiệt. Vì phát biểu này không liên quan đến các quá trình khác, chúng ta cần một phát biểu tổng quát hơn. Việc phát triển một phát biểu tổng quát của định luật thứ hai của nhiệt động lực học dựa trên nghiên cứu về động cơ nhiệt. Do đó, chúng ta sẽ thảo luận về nhiệt trong động cơ trước.

Tìm hiểu thêm

Bài viết về các quá trình nhiệt động lực học: Đẳng nhiệt, Đoạn nhiệt, Đẳng tích, Đẳng áp

Có bốn quá trình nhiệt động lực học, đó là quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp và đoạn nhiệt.

Quá trình đẳng nhiệt (nhiệt độ không đổi)

Trong quá trình đẳng nhiệt, nhiệt độ của hệ thống được giữ không đổi. Về mặt lý thuyết, hệ thống được phân tích là một khí lý tưởng. Nhiệt độ của khí lý tưởng tỷ lệ thuận với năng lượng nội tại của khí lý tưởng (U = 3/2 n RT). T không thay đổi, do đó U cũng không thay đổi. Vì vậy, nếu áp dụng cho quá trình đẳng nhiệt, định luật thứ nhất của phương trình nhiệt động lực học trở thành:

Tìm hiểu thêm

Quá trình nhiệt động lực học

Nhiệt (Q) là năng lượng truyền từ vật này sang vật khác do sự chênh lệch nhiệt độ. Đối với hệ thống và môi trường, nhiệt là năng lượng truyền từ hệ thống sang môi trường hoặc từ môi trường sang hệ thống, do sự chênh lệch nhiệt độ. Nếu nhiệt độ của hệ thống cao hơn nhiệt độ môi trường, nhiệt sẽ truyền từ hệ thống sang môi trường. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ của hệ thống, thì nhiệt sẽ truyền từ môi trường sang hệ thống.

Nhiệt (Q) là năng lượng di chuyển do sự chênh lệch nhiệt độ, trong khi công (W) liên quan đến sự truyền năng lượng thông qua công. Ví dụ, nếu hệ thực hiện công lên môi trường, thì năng lượng sẽ di chuyển từ hệ sang môi trường. Ngược lại, nếu môi trường thực hiện công lên hệ, thì năng lượng sẽ di chuyển từ môi trường sang hệ.

Tìm hiểu thêm