Giao diện mới của VnDoc Pro: Dễ sử dụng hơn - chỉ tập trung vào lớp bạn quan tâm. Vui lòng chọn lớp mà bạn quan tâm: Lưu và trải nghiệm

Đóng

Điểm danh hàng ngày

Hôm nay +3
Ngày 2 +3
Ngày 3 +3
Ngày 4 +3
Ngày 5 +3
Ngày 6 +3
Ngày 7 +5

Bạn đã điểm danh Hôm nay và nhận 3 điểm! Đăng nhập ngay để nhận điểm

Nhắn tin Zalo VNDOC để nhận tư vấn mua gói Thành viên hoặc tải tài liệu Hotline hỗ trợ: 0936 120 169

VnDoc.com

Chu trình Carnot

Vật lý 12

Bài trước

Tải về

Bài sau

Lớp: Lớp 12

Môn: Vật Lý

Dạng tài liệu: Lý thuyết

Loại File: Word

Phân loại: Tài liệu Tính phí

Chu trình Carnot vật lý 12

Chu trình Carnot là mô hình chu trình nhiệt lý tưởng trong Vật lý 12, giúp mô tả giới hạn hiệu suất tối đa của động cơ nhiệt hoạt động giữa hai nguồn nhiệt khác nhau.

A. 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 $1 \rightarrow 2$ : Chất khí dãn nở đẳng nhiệt ở nhiệt độ $T_{1}$ . Ở quá trình này, tác nhân nhận nhiệt lượng $Q_{1} = Q_{12}$ từ nguồn nóng và sinh công $A'_{12}$ .

- Quá trình $2 \rightarrow 3$ : Chất khí dãn nở đoạn nhiệt, tác nhân sinh công $A'_{23}$ , nhiệt độ giảm từ $T_{1}$ xuống $T_{2}$ .

- Quá trình $3 \rightarrow 4$ : Chất khí bị nén đẳng nhiệt ở nhiệt độ $T_{2}$ . Ở quá trình này, tác nhân nhả nhiệt lượng $Q'_{2} = - Q_{34}$ cho nguồn lạnh và nhận công $A_{34}$ .

- Quá trình $4 \rightarrow 1$ : Chất khí bị nén đoạn nhiệt, tác nhân nhận công $A_{41}$ , nhiệt độ tăng từ $T_{2}$ lên $T_{1}$ , quay về trạng thái ban đầu và kết thúc chu trình Carnot.

B. Hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch

- Hiệu suất của động cơ nhiệt:

$\eta = 1 - \frac{Q'_{2}}{Q_{1}}$

- Nhiệt lượng tác nhân nhận được trong quá trình $1 \rightarrow 2$

$Q_{1} = Q_{12} = \frac{m}{M}RT_{1}\ln\frac{V_{2}}{V_{1}}$

- Nhiệt lượng tác nhân nhả trong quá trình $3 \rightarrow 4$

$Q'_{2} = - Q_{34} = - \frac{m}{M}RT_{2}\ln\frac{V_{4}}{V_{3}}$ . Suy ra, $\frac{Q'_{2}}{Q_{1}} = \frac{T_{2}\ln\frac{V_{3}}{V_{4}}}{T_{1}\ln\frac{V_{2}}{V_{1}}}$

Mặt khác, quá trình $2 \rightarrow 3$ và $4 \rightarrow 1$ là các quá trình đoạn nhiệt nên

$\begin{matrix} T_{1}V_{2}^{\gamma - 1} = T_{2}V_{3}^{\gamma - 1} \\ T_{1}V_{1}^{\gamma - 1} = T_{2}V_{4}^{\gamma - 1} \end{matrix}$ $\Rightarrow \frac{V_{2}}{V_{1}} = \frac{V_{3}}{V_{4}}$ . Do đó, $\frac{Q'_{2}}{Q_{1}} = \frac{T_{2}}{T_{1}}$

Vậy, hiệu suất của chu trình Carnot thuận nghịch $\eta_{tn}^{C} = 1 - \frac{T_{2}}{T_{1}}$

⇒ 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 $Q_{2}$ từ nguồn lạnh, nhận công từ bên ngoải và nhả nhiệt $Q_{1}$ cho nguồn nóng. Đó là máy làm lạnh.

C. 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 $T_{1},\ \ T_{2}$

Nếu $\frac{T_{2}}{T_{1}} \ll 1 \Rightarrow \eta_{tn}^{C}\sim 1$

Vậy, để tăng hiệu suất của động cơ nhiệt thì ta tăng nhiệt độ $T_{1}$ của nguồn nóng, hạ nhiệt độ $T_{2}$ của nguồn lạnh.

- Hai động cơ nhiệt như nhau, có $T_{2}$ như nhau thì động cơ nào có $T_{1}$ lớn hơn thì hiệu suất lớn hơn. Mặt khác, $\eta = \frac{A'}{Q_{1}}$ , do đó nếu hai động cơ có $Q_{1}$ như nhau thì động cơ nào có hiệu suất lớn hơn thì sinh công nhiều hơn.

Như vậy, cùng nhiệt lượng $Q_{1}$ như nhau nhưng nếu được lấy từ nơi có nhiệt độ $T_{1}$ 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.

- Muốn tăng hiệu suất của động cơ, ta có thể chế tạo sao cho động cơ càng gần động cơ thuận nghịch.

D. 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 $T_{1}$ và $T_{2}$ 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, $\eta_{ktn} < \eta_{tn} < \eta_{tn}^{C} = 1 - \frac{T_{2}}{T_{1}}$

-----------------------------------------------------

Hiểu rõ chu trình Carnot trong Vật lý 12 giúp học sinh nắm được nguyên lý hoạt động của động cơ nhiệt và giới hạn hiệu suất theo các định luật nhiệt động lực học Vật lý 12.

Tải về

Chọn file muốn tải về:

Chu trình Carnot

118,7 KB

Đóng Chỉ thành viên VnDoc PRO/PROPLUS tải được nội dung này!

Đóng

79.000 / tháng

Mua ngay

Đặc quyền các gói Thành viên

PRO

Phổ biến nhất

PRO+

Tải tài liệu Cao cấp 1 Lớp

30 lượt tải tài liệu

Xem nội dung bài viết

Trải nghiệm Không quảng cáo

Làm bài trắc nghiệm không giới hạn

Tìm hiểu thêm

Mua cả năm Tiết kiệm tới 48%

Chia sẻ bởi:
Bon

Bài trước

Bài sau

Có thể bạn quan tâm

Xác thực tài khoản!

Theo Nghị định 147/2024/ND-CP, bạn cần xác thực tài khoản trước khi sử dụng tính năng này. Chúng tôi sẽ gửi mã xác thực qua SMS hoặc Zalo tới số điện thoại mà bạn nhập dưới đây:

Số điện thoại chưa đúng định dạng!