Nguyễn Toàn Phong – 1 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Chương V
Tuesday, November 10, 2009
ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG THỨ II
và CHU TRÌNH KHÍ LÝ TƯỞNG

Nhiệt động lực học được xây dựng
trên nền tảng là 2 đònh luật nhiệt động:
Đònh luật nhiệt động thứ nhất (thực chất
là đònh luật bảo toàn năng lượng) và
Đònh luật nhiệt động thứ hai (đưa ra các
điều kiện và giới hạn trong các chu trình
biến đổi năng lượng).
Mục lục
§ 5.1. Tổng Quan
Trong các phần trước, đònh luật nhiệt động thứ nhất đã được thiết lập –
thực chất là đònh luật bảo toàn năng lượng, được áp dụng cho hệ kín và hệ
hở

tt
WdEQ w w



kt
n
1i
i
lđi
WdEeGQ w w
¦

o Một quá trình muốn diễn ra được phải tuân theo Đònh luật bảo toàn
năng lượng. Tuy nhiên nếu đònh luật bảo toàn năng lượng đã được đảm bảo
thì có phải thực tế quá trình sẽ luôn luôn diễn ra?
Ta khảo sát một số ví dụ
Trường hợp thứ nhất, khảo sát tách cafe nóng đặt trong môi trường
nhiệt độ thấp hơn
Quá trình diễn ra sẽ tuân theo
đònh luật nhiệt động thứ nhất – năng
lượng của tách cafe giảm xuống bằng
năng lượng không khí môi trường
xung quanh nhận được
Vậy chiều ngược lại có đúng
không – nhiệt độ môi trường xung
quanh lạnh hơn sẽ giảm xuống để
tách cafe trở nên nóng hơn – điều
này vẫn tuân theo đònh luật bảo toàn
năng lượng
Rõ ràng quá trình này không thể
diễn ra được

Nguyễn Toàn Phong – 2 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Ví dụ khác cho trường hợp điện trở
Công dòng điện tạo ra biến thành
nhiệt truyền cho môi trường
Chiều ngược – môi trường với
nhiệt độ thấp truyền năng lượng nhiệt
cho dây để sinh dòng điện – quá trình
này không thể diễn ra được

Ví dụ khác cho trường hợp cánh khuấy
Chiều tự nhiên – vật nặng dòch
chuyển xuống tạo ra công trên trục
chuyển thành nhiệt làm tăng nhiệt độ
lưu chất trong bình
Chiều ngược – nhiệt lượng lưu
chất trong bình giảm xuống để truyền
năng lượng cho cánh khuấy nâng vật
nặng bên ngoài – quá trình này
không thể diễn ra được
Nhận xét Khi đònh luật nhiệt động thứ nhất đã được đảm bảo thì quá
trình chưa thật sự có thể thực hiện được – quá trình còn phải
tuân thủ một quy tắc khác – Đònh luật nhiệt động thứ hai
Trong điều kiện đã được xác đònh thì quá trình chỉ có thể
chuyển biến theo một chiều

Và hình ảnh minh họa cho một quá trình phụ thuộc đồng thời điều kiện
hai Đònh luật nhiệt động

Nguyễn Toàn Phong – 3 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
§ 5.2. Đònh Luật Nhiệt Động Thứ Hai
Cơ Sở Khảo Sát
o Chu Trình Nhiệt Động
Một nguồn năng lượng (nhiệt lượng, công, …), ngoài số lượng còn
cần phải quan tâm đến chất lượng của nó.
Đònh luật nhiệt động thứ I chỉ quan tâm đến số lượng,

CônglượngNhiệt 

Thật sự chúng có tương đương nhau không? Xem ví dụ sau


Nhận xét Trong một quá trình (không phải chu trình) công có thể biến
đổi thành nhiệt lượng, nhưng điều ngược lại không đúng
Đònh luật nhiệt động thứ II bàn về chất lượng của nguồn năng lượng.
Mức độ chuyển biến năng lượng.
Đònh luật nhiệt động thứ II được phát triển trên cơ sở nghiên cứu các
chu trình nhiệt động, vì vậy trong phần này, chúng ta cần tìm hiểu về
chu trình nhiệt động.


Nguyễn Toàn Phong – 4 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
5.2.1 Nguồn Nhiệt
Nguồn nhiệt đã được đề cập trong chương 1 khi nói về các quá trình
trong hệ thống nhiệt động, tuy nhiên cũng cần thiết được nhắc lại khi
khảo sát chu trình – bao gồm các quá trình khép kín
Nguồn nóng o nhiệt độ cao hơn
Nguồn lạnh o nhiệt độ thấp hơn
Trong các quá trình thì vò trí của nguồn nhiệt thường không được
làm rõ, trong các chu trình vò trí của nguồn nhiệt sẽ được thể hiện rõ hơn
Chu trình khảo sát các quá trình trao đổi năng lượng giữa hai nguồn
nhiệt, và lưu ý rằng trong bất kỳ tình huống nào thì nhiệt lượng luôn
luôn dòch chuyển theo hướng từ đối tượng có nhiệt độ cao sang nhiệt độ
thấp hơn (*)

Lưu ý Nguồn nhiệt có tính ổn đònh nhiệt – nhiệt độ không thay đổi
trong quá trình khảo sát chu trình
Nhiệt lượng di chuyển như hình trên hoàn toàn hợp lý, tuy
nhiên với thiết bò thích hợp có thể làm cho nhiệt lượng di
chuyển theo chiều ngược lại – vẫn không vò phạm (*)


Nguyễn Toàn Phong – 5 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
5.2.2 Chu trình
Chu trình gồm một số quá trình khép kín. Trên đồ thò biểu diễn
trạng thái của chất môi giới trong chu trình là đường cong khép kín
b
a
I

Theo đònh luật nhiệt động thứ I

tt
WdUQ w w
(5-1)
(5-2)

kt
n
1i
i
lđi
WdUe.GQ w w
¦

Do chu trình có tính chất khép kín: trạng thái chất môi giới sẽ biến
đổi qua một số trạng thái trung gian, và sẽ quay về trạng thái ban đầu
nên

0e.G
0dU
n

1i
i
lđi


¦

(5-3)
Do đó
tt
wq w w
– chu trình (5-4)

kt
wq w w
– chu trình (5-5)
Lưu ý Phương trình bảo toàn năng lượng 5-1 cho hệ kín, 5-2 là áp
dụng cho hệ hở
Chu trình là hệ khép kín nên áp dụng 5-1, 5-4 là hợp lý
Tuy nhiên, thực tế năng lượng được xét cho từng quá trình
trong chu trình – gắn liền với các thiết bò tương ứng – nên
thường vẫn áp dụng 5-2 và 5-5
Nguyễn Toàn Phong – 6 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Nhận xét Trên đồ thò, từ trạng thái ban đầu I, chất môi giới có thể
đi theo hướng a hay b để thực hiện chu trình.
Nếu đi theo a hay b thì giá trò nhiệt lượng và công sẽ thay
đổi, và cả chiều hướng cũng đảo lại.
Ta hình thành nên hai khái niệm: Chu trình thuận chiều a,
và Chu trình ngược chiều b


Đánh giá hiệu quả làm việc của chu trình
Để đánh giá hiệu quả làm việc của chu trình, người ta đưa ra khái
niệm hệ số COP (coefficient of performance)

 

lượngsốtốntiêuCái
lượngsốlạiđemlợiCái
COP
(5-6)
Lưu ý Cách đánh giá này là xét theo đònh luật nhiệt động thứ nhất
(chỉ so sánh về mặt số lượng của năng lượng)

Nguyễn Toàn Phong – 7 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
5.2.3 Chu Trình Thuận Chiều – Động Cơ Nhiệt
Trước tiên, hãy quan sát trường hợp của dòng nước
Trong tự nhiên nước luôn chảy từ trên cao xuống thấp hơn – biến
thế năng thành động năng – nếu có thiết bò thích hợp ta có thể sử dụng
được dòng động năng này (turbine thủy lực)
Tương tự như vậy – với hai nguồn nhiệt đã xác đònh thành hệ nhiệt
động – nhiệt lượng sẽ dòch chuyển theo chiều tự nhiên là từ nguồn nóng
sang nguồn lạnh, với thiết bò thích hợp ta có thể biến một phần “dòng
động năng” này thành công tác động ra bên ngoài, xem hình sau

Thiết bò dùng để chuyển một phần nhiệt lượng từ nguồn nóng thành
công gọi là động cơ nhiệt
Q
in
Nhiệt lượng thiết bò nhận từ nguồn nóng, còn ký hiệu Q
1


Q
out
Nhiệt lượng nhả ra cho nguồn lạnh, còn ký hiệu Q
2

W
net,out
Công sinh ra từ chu trình, đôi khi viết là W
Đònh luật I
kgkJqwq
kJQWQ
21
21


(5-7)
Nguyễn Toàn Phong – 8 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Đặc điểm chung của động cơ nhiệt
1. Thiết bò nhận nhiệt lượng từ nguồn nóng – năng lượng mặt trời,
phản ứng cháy của nhiên liệu hữu cơ, phản ứng nguyên tử, ….
2. Thiết bò biến một phần nhiệt lượng nhận được thành công –
thường dùng ở dạng công quay trên trục
3. Luôn có một phần năng lượng nhiệt nhả ra cho nguồn lạnh
4. Và quá trình trên diễn ra trong chu trình
5. Chiều diễn biến trạng thái của chất môi giới khi biểu diễn trên
đồ thò dòch chuyển theo chiều quay của kim đồng hồ
Ví dụ mô hình làm việc của chu trình hơi nước

Khái niệm công W

net,out
ở trên

inoutout,net
WWWW 
(5-8)
Nguyễn Toàn Phong – 9 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Với hai nguồn nhiệt giống nhau, thì lượng công nhận được không
giống nhau từ hai động cơ nhiệt khác nhau – phụ thuộc nhiều yếu tố khác

Từ 5-6, mỗi động cơ có thông số đánh giá hiệu quả làm việc, gọi là
Hiệu suất nhiệt:

11
t
q
w
Q
W
K
(5-9)
Từ 5-7 và 5-9
1
2
1
2
t
q
q
1

Q
Q
1   K
(5-10)
Với biểu thức trên, ta thấy rằng nếu giảm lượng nhiệt thải ra cho
nguồn lạnh thì sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng của động cơ nhiệt, và câu
hỏi đặt ra là liệu có thể giảm luôn lượng q
2
này không? Để trả lời câu
hỏi này ta khảo sát động cơ làm việc như sau
Nguyễn Toàn Phong – 10 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng

Khảo sát động cơ nhiệt là hệ thống piston-cylinder dùng để nâng tải
trọng như hình vẽ, chất làm việc là chất khí
Vào thời điểm ban đầu khí có nhiệt độ 30
o
C sẽ nhận nhiệt lượng
100 kJ từ nguồn có nhiệt độ 100
o
C. khi nhận nhiệt thì khí giãn nở và
nâng tải trọng lên và nhiệt độ là 90
o
C khi đạt vò trí trên. Tải trọng được
lấy đi và xem như thực hiện một công là 15 kJ và khối khí còn lại năng
lượng là 85 kJ so với trạng thái ban đầu (30
o
C)
Nếu có thể hoàn trả 85 kJ năng lượng này cho nguồn nhiệt 100
o
C thì

ta có động cơ làm việc với hiệu suất 100% và cũng có nghóa là đã giảm
nhiệt lượng thải ra cho nguồn lạnh đến zero
Tuy nhiên, rõ ràng điều nói trên không thể thực hiện được. Để khí
quay trở lại trạng thái ban đầu 30
o
C thì khí phải trao đổi nhiệt với đối
tượng có nhiệt độ thấp hơn (giả sử là nguồn 20
o
C)
Với lý do trên đònh luật nhiệt động thứ hai được phát biểu cho
trường hợp động cơ nhiệt như sau

Nguyễn Toàn Phong – 11 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Phát biểu Kelvin – Planck
(Phát biểu đònh luật hai cho trường hợp chu trình thuận chiều)
“Không thể có bất kỳ một động cơ nhiệt nào có thể biến toàn bộ
nhiệt lượng nhận được thành ra công.”
Điều này có nghóa là động cơ nhiệt phải làm việc với hai nguồn
nhiệt, và hiệu suất không thể đạt 100%.

%100
t
K
(5-11)

Động cơ nhiệt làm việc vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai theo
phát biểu của Kelvin-Planck
Nguyễn Toàn Phong – 12 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Nguyễn Toàn Phong – 13 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
5.2.4 Chu Trình Ngược Chiều – Máy Lạnh và Bơm Nhiệt

Trong phần động cơ nhiệt, thiết bò làm việc theo chu trình thuận
chiều và chúng ta nhận được công biến đổi khi dòng nhiệt dòch chuyển
theo chiều tự nhiên từ cao xuống thấp (nhiệt độ)
Và hình ảnh so sánh là trường hợp turbine thủy lực biến đổi năng
lượng dòng nước khi chuyển động từ cao xuống thấp thành công sinh ra
trên trục – và rõ ràng với thiết bò thích hợp ta có thể đưa dòng nước từ
thấp lên cao – trường hợp này ta tốn công
Tương tự, với thiết bò thích hợp ta cũng có thể dòch chuyển dòng
nhiệt đi từ nguồn lạnh lên nguồn nóng – và phải tốn công từ bên ngoài
để thực hiện – đây là nguyên tắc làm việc của chu trình nhiệt ngược
chiều. Theo phạm vi ứng dụng được gọi là máy lạnh hoặc bơm nhiệt
Máy lạnh quan tâm đến lượng nhiệt lấy đi từ nguồn lạnh
Bơm nhiệt quan tâm đến lượng nhiệt cung cấp cho nguồn nóng
Đặc điểm
1. Nhiệt lượng dòch chuyển ngược với chiều tự nhiên:
o nhiệt lượng di chuyển từ nguồn lạnh sang nguồn nóng.
2. Chiều diễn biến trạng thái của chất môi giới khi biểu diễn trên
đồ thò ngược chiều quay của kim đồng hồ.
3. Trong chu trình ngược chiều, ta tiêu tốn công để vận chuyển nhiệt
lượng từ nguồn lạnh sang nguồn nóng.
Sơ đồ sau mô tả 4 thành phần chính của thiết bò làm việc theo chu
trình ngược chiều ở trường hợp máy lạnh

Thiết bò cho trường hợp máy lạnh hay bơm nhiệt về nguyên lý hoạt
động là hoàn toàn giống nhau, chỉ khác vò trí ứng dụng
Đònh luật bảo toàn năng lượng:

in,netLH
WQQ 


hay
kgkJwqq
kJWQQ
21
21


(5-12)

Nguyễn Toàn Phong – 14 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
1. Máy lạnh – Refrigerator
Trong trường hợp xứ nóng, ví dụ như VN, thì môi trường bên ngoài
thường có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tiện nghi của con người, và như vậy
cần tạo ra không gian có nhiệt độ thấp hơn môi trường.
Thiết bò để tạo ra môi trường như vậy, làm việc theo chu trình ngược
chiều, gọi là Máy lạnh.
Ta có sơ đồ mô hình sau:
C35t
o
mt


Môi Trường

C20t
o
f

2
Q

1
Q

W

Máy Lạnh
Không Gian Phòng
Hiệu quả làm việc trong trường hợp này gọi là Hệ số làm lạnh

w
q
W
Q
COP
22
R
H
(5-13)
5-12 và 5-13
1
Q
Q
1
QQ
Q
COP
2
121
2
R




H
(5-14)
1 kg chất môi giới
1
q
q
1
qq
q
2
121
2



H
(5-15)

Nguyễn Toàn Phong – 15 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
2. Bơm nhiệt – Heat pump
Đây là trường hợp ở các xứ lạnh, nhiệt độ môi trường vào mùa đông
có thể xuống rất thấp (ví dụ ) và như vậy người ta cần tạo ra
không gian có nhiệt độ cao hơn (ví dụ
C20t
o
mt


tC20
o
f

) o có thể sử dụng lò
sưởi (điện, than cũi, …), nước nóng …
Trường hợp này, khi chú ý về hiệu quả năng lượng, người ta sử dụng
một thiết bò làm việc theo chu trình ngược chiều – gọi là Bơm nhiệt – để
lấy nhiệt lượng từ môi trường bên ngoài đưa vào không gian trong phòng.
Ta có sơ đồ mô hình sau:
C20t
o
f


2
Q
1
Q

W

Bơm Nhiệt
Không Gian Phòng
C20t
o
mt

Môi Trường


Hiệu quả làm việc trong trường hợp này gọi là Hệ s
ố làm nóng

w
q
W
Q
COP
11
HP
M
(5-16)
5-12 và 5-16
1
2
21
1
HP
Q
Q
1
1
QQ
Q
COP



M
(5-17)

1 kg chất môi giới
1
2
21
1
q
q
1
1
qq
q



M
(5-18)
Nguyễn Toàn Phong – 16 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Quan hệ giữa hệ số làm lạnh và hệ số làm nóng
5-12, 5-13 và 5-16
1
1COPCOP
RHP
H M

(5-19)
Phát biểu Clausius
(Phát biểu đònh luật hai cho trường hợp chu trình ngược chiều)
“Không thể có bất kỳ một bơm nhiệt hay máy lạnh nào có thể vận
chuyển nhiệt lượng từ nơi có nhiệt độ nhỏ hơn đến nơi có nhiệt độ cao
hơn mà không phải tiêu tốn năng lượng cho nó.”


foH thểkhông


foM thểkhông


Thiết bò ngược chiều làm việc vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai theo
phát biểu của Clausius
Nguyễn Toàn Phong – 17 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Sự tương đương giữa phát biểu Kelvin – Planck và phát biểu Clausius
Giữa hai phát biểu này có sự tương đương nhau, khảo sát mô hình sau
Giả sử có hai nguồn nhiệt, giữa hai nguồn nhiệt này là một máy lạnh
đang hoạt động, nếu có động cơ nhiệt hoạt động với hiệu suất 100% sản xuất
cùng lượng công cần cho máy lạnh, kết hợp lại được thiết bò hình b,
Không thể có động cơ hiệu suất 100% như hình a thì cũng không thể có
thiết bò vận chuyển nhiệt ngược chiều mà không tiêu tốn công như hình b.
Nguyễn Toàn Phong – 18 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Nguyễn Toàn Phong – 19 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
§ 5.3. Quá Trình Thuận Nghòch
Đònh luật nhiệt động thứ hai đã phát biểu rằng, không có động cơ nhiệt
nào có hiệu suất 100%, vậy hiệu suất cao nhất có thể đạt được là bao
nhiêu? Để có thể trả lời vấn đề này, trước tiên cần nắm khái niệm quá trình
lý tưởng hay còn gọi là quá trình thuận nghòch
5.3.1 Khái niệm thuận nghòch và không thuận nghòch
Các quá trình được thảo luận ở phần đầu đều xảy ra với chiều hướng
xác đònh, các quá trình (hay hệ thống) trên không thể tự mình quay trở lại
trạng thái ban đầu. Vì lý do này, các quá trình này được gọi là quá trình
không thuận nghòch.
Tách café nóng được làm lạnh không thể tăng nhiệt (độ) trở lại bằng

cách thu nhiệt tổn thất từ môi trường, nếu điều này có thể xảy ra được thì
môi trường và hệ thống sẽ phục hồi lại trạng thái ban đầu,và quá trình gọi
là thuận nghòch.
Quá trình thuận nghòch được đònh nghóa là có thể quay trở lại trạng
thái ban đầu mà không làm ảnh hưởng đến môi trường.
o khi đó cả hệ thống và môi trường sẽ quay trở lại trạng thái ban đầu
khi kết thúc quá trình ngược, điều này chỉ có thể được nếu nhiệt lượng và
công trao đổi trong quá trình tổng hợp (thuận chiều và ngược chiều) giữa hệ
thống và môi trường là zero
Quá trình không phải là quá trình thuận nghòch được gọi là quá trình
không thuận nghòch.
Cần lưu ý rằng, hệ thống có thể phục hồi lại trạng thái ban đầu theo
cùng quá trình bất chấp quá trình là thuận nghòch hay không thuận nghòch.
Đối với quá trình thuận nghòch thì quá trình phục hồi trạng thái không làm
thay đổi môi trường, đối với quá trình không thuận nghòch thì môi trường có
tác động công đến hệ thống và do đó không thể quay trở lại trạng thái ban
đầu (môi trường)
Quá trình thuận nghòch thực tế không xảy ra trong tự nhiên, chúng là sự
lý tưởng hóa của quá trình thực, quá trình thực tế được cho xấp xỉ theo quá
trình thuận nghòch nhưng không bao giờ đạt tới được.
Nguyễn Toàn Phong – 20 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
Tất cả các quá trình thực tế đều là quá trình không thuận nghòch, vậy
quá trình ảo thuận nghòch đưa ra nhằm mục đích gì? Có hai lý do
x Các quá trình lý tưởng dễ dàng được tính toán khi hệ thống đi qua
các trạng thái cân bằng trong các quá trình thuận nghòch.
x Các mô hình lý tưởng được sử dụng được so sánh với quá trình
thực tế.
Các thiết bò như động cơ xe hay turbine hơi hoặc khí cho công lớn nhất
và các thiết bò sử dụng công như máy nén, bơm, quạt tốn ít nhất khi sử dụng
quá trình thuận nghòch thay vì quá trình không thuận nghòch. Thấy được

điều này giúp các kỹ sư cải thiện được hiệu quả làm việc của các thiết bò
theo hướng có lợi hơn.
Quá trình thuận nghòch được xem như là giới hạn lý thuyết của quá
trình không thuận nghòch tương ứng. Một vài quá trình thì có tính bất thuận
nghòch nhiều hơn quá trình khác, chúng ta không bao giờ có thể đạt được
quá trình thuận nghòch, nhưng chắc chắn một điều rằng có thể tiếp cận
được. Hầu hết các quá trình đều được giả thiết là thuận nghòch nên sẽ sinh
công nhiều hơn và tốn công ít hơn so với thực tế.
Việc chấp nhận quá trình thuận nghòch sẽ dẫn đến đònh nghóa về hiệu
suất theo đònh luật nhiệt động thứ hai cho các quá trình thực, hay mức độ
tiệm cận của nó tiến tới quá trình thuận nghòch tương ứng. Điều này được
sử dụng để so sánh hiệu quả làm việc của các thiết bò khác nhau được thiết
kế để thực hiện cùng một công việc trên cơ sở so sánh hiệu suất. Thiết kế
càng tốt thì mức độ không thuận nghòch càng thấp và hiệu suất càng cao.
Các quá trình xảy ra trong thực tế đều không thuận nghòch, có thể kể
một số quá trình như: sự chuyển động có ma sát, sự hòa trộn của hai lưu
chất, biến dạng không đàn hồi của vật rắn, phản ứng hóa học, …
Trong nhiệt động lực học thường gặp là dạng chuyển động có ma sát,
sự giãn nở tự do, sự truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ nên được xem xét

 Sự giãn nở tự do (ví dụ của một khối khí)
Xét sự giãn nở của khối khí như hình bên dưới

Vách ngăn bình thành hai phần, bên kia chứa khí và bên này chân
không. Khi vách ngăn bò đánh thủng thì khí sẽ điền đầy bình ở cả hai phần,
quá trình này tương tự như hệ thống piston-cylinder

Cách duy nhất để đưa hệ thống quay trở về trạng thái ban đầu là nén
nó đến thể tích ban đầu


Đến cuối quá trình nén thì khối khí cần nhả nhiệt lượng để quay trở lại
nhiệt độ ban đầu. Theo đònh luật bảo toàn năng lượng thì nhiệt lượng này
bằng công tác động bởi môi trường
Hệ thống thì đã phục hồi lại được trạng thái ban đầu, nhưng đối với môi
trường thì phải biến đổi toàn bộ nhiệt lượng trao đổi trên thành ra công và
điều này vi phạm đònh luật nhiệt động thứ hai.
Do đó, quá trình giãn nở tự do là quá trình không thuận nghòch
Nguyễn Toàn Phong – 21 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng
 Quá trình chuyển động có ma sát
Xét sự chuyển động có ma sát của piston trong cylinder
Khi piston chuyển động thì lực ma sát phát
sinh chống lại sự chuyển động, và cần một
lượng công nhất đònh để thắng lực ma sát.
Năng lượng cung cấp ở dạng công này cuối
cùng biến thành nhiệt lượng trong quá trình hai
vật tiếp xúc nhau, thể hiện nhiệt độ nơi tiếp xúc
tăng lên.
Khi sự chuyển động ngược trở lại, các vật
thể quay trở lại trạng thái ban đầu, tuy nhiên các
bề mặt không hề lạnh đi do nhiệt lượng không
thể chuyển hóa ngược trở lại thành công.
Khi cả hệ thống và môi trường không thể quay trở lại trạng thái ban
đầu thì quá trình này là quá trình không thuận nghòch.
Do đó, bất kỳ quá trình nào có lực ma sát đều là quá trình không thuận
nghòch. Lực ma sát càng lớn thì mức độ không thuận nghòch càng tăng
Lực ma sát không chỉ xuất hiện khi hai vật rắn trượt lên nhau, nó có thể
xuất hiện giữa lưu chất và mặt rắn và thậm chí là giữa các lớp lưu chất
chuyển động với vận tốc khác nhau.
Ví dụ khác


Xét một viên bi đứng yên trên một mặt phẳng, nếu ta tác động vào
viên bi một công thì nó sẽ chuyển động với một vận tốc Z nào đó.
x.FA

Trong trường hợp lý tưởng, viên bi sẽ chuyển động ở trạng thái cân
bằng lực (trọng lực và phản lực của sàn triệt tiêu nhau): nó sẽ chuyển
động đều với vận tốc Z và năng lượng của nó được bảo toàn.
Thực tế, do ma sát giữa viên bi với sàn và với không khí, năng
lượng của viên bi sẽ được chuyển vào môi trường xung quanh ở dạng
nhiệt lượng (biến đổi từ công sang nhiệt), và sau một khoảng thời gian
thì viên bi sẽ dừng lại.

Nguyễn Toàn Phong – 22 of 55 Chương V _ ĐL NĐ II và CT Khí Lý Tưởng