Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Kỹ thuật nhiệt – Đề 11

Hiệu suất nhiệt (η) của động cơ nhiệt được định nghĩa là tỷ số giữa công hữu ích (W) mà động cơ sinh ra và nhiệt lượng (Q_in) được cung cấp cho động cơ từ nguồn nhiệt nóng. Công thức tính hiệu suất nhiệt là η = W/Q_in.

Công thức Q = mcΔT dùng để tính nhiệt lượng (Q) cần cung cấp hoặc lấy đi để làm thay đổi nhiệt độ của một vật có khối lượng m, nhiệt dung riêng c, và độ biến thiên nhiệt độ ΔT. Trong đó, Q là nhiệt lượng, m là khối lượng, c là nhiệt dung riêng, và ΔT là độ biến thiên nhiệt độ.

Nhiệt ẩn nóng chảy (L_f) là lượng nhiệt cần thiết để chuyển 1 kg chất từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng ở nhiệt độ nóng chảy của nó, mà không làm thay đổi nhiệt độ. Quá trình ngược lại (đông đặc) sẽ tỏa ra một lượng nhiệt bằng nhiệt ẩn nóng chảy.

Hiệu suất của động cơ nhiệt hơi nước (nhà máy nhiệt điện) có thể được cải thiện bằng cách tăng nhiệt độ hơi vào turbine, giảm áp suất hơi ngưng tụ, và sử dụng các biện pháp như quá nhiệt và hâm nóng trung gian để tận dụng nhiệt năng hiệu quả hơn. Tăng áp suất hơi ngưng tụ sẽ làm giảm hiệu suất của chu trình.

Đối lưu nhiệt tự nhiên xảy ra khi có sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lưu (lỏng hoặc khí), dẫn đến sự khác biệt về mật độ. Chất lưu nóng hơn có mật độ thấp hơn sẽ nổi lên, trong khi chất lưu lạnh hơn có mật độ cao hơn sẽ chìm xuống, tạo thành dòng đối lưu.

Trong máy lạnh, môi chất lạnh ở trạng thái lỏng áp suất thấp đi qua van tiết lưu và sau đó vào thiết bị bay hơi. Tại thiết bị bay hơi, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt từ môi trường lạnh (ví dụ, không khí trong tủ lạnh) để bay hơi, chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi ở nhiệt độ thấp.

Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học (ĐLBT năng lượng) phát biểu rằng sự thay đổi nội năng (ΔU) của một hệ thống bằng hiệu giữa nhiệt lượng (Q) hệ thống nhận được và công (W) hệ thống thực hiện lên môi trường xung quanh. Công thức ΔU = Q - W thể hiện điều này.

Entropi (S) là một đại lượng trạng thái trong nhiệt động lực học, đo lường mức độ hỗn loạn hoặc sự mất trật tự của hệ thống. Theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học, entropi của một hệ kín có xu hướng tăng lên trong các quá trình tự nhiên.

Khi nhiên liệu hydrocarbon (chứa hydro và carbon) cháy hoàn toàn với đủ oxy, sản phẩm chính của quá trình đốt cháy là carbon dioxide (CO2) và nước (H2O). Đốt cháy không hoàn toàn sẽ tạo ra thêm carbon monoxide (CO) và các sản phẩm khác.

Kỹ thuật nhiệt đóng vai trò quan trọng trong thiết kế hệ thống điều hòa không khí, động cơ đốt trong, và nhà máy nhiệt điện, vì tất cả đều liên quan đến quá trình trao đổi và biến đổi nhiệt năng. Thiết kế mạch điện tử chủ yếu thuộc lĩnh vực kỹ thuật điện tử.

Ống trao đổi nhiệt, lò hơi, và bơm nhiệt đều là các thiết bị được thiết kế để truyền nhiệt giữa các chất lưu hoặc môi trường khác nhau. Van tiết lưu là một thiết bị dùng để giảm áp suất của chất lưu, thường được sử dụng trong hệ thống lạnh, nhưng bản thân nó không phải là thiết bị trao đổi nhiệt chính.

Trong thiết bị trao đổi nhiệt kiểu song song (hay cùng chiều), cả dòng chất lưu nóng và dòng chất lưu lạnh đều chảy theo cùng một hướng dọc theo thiết bị. Điều này dẫn đến sự chênh lệch nhiệt độ giảm dần dọc theo chiều dài thiết bị.

Sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên là hai loại sai số cơ bản trong mọi phép đo. Sai số parallax là sai số do góc nhìn không đúng khi đọc kết quả đo trên thước đo kim hoặc cột chất lỏng. Sai số do trọng lực không phải là một loại sai số thường gặp trực tiếp trong đo nhiệt độ.

Nhiệt trị (hay còn gọi là năng suất tỏa nhiệt) của nhiên liệu là lượng nhiệt năng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng (hoặc thể tích) nhiên liệu. Nó là một chỉ số quan trọng đánh giá hiệu quả năng lượng của nhiên liệu.

Vật đen tuyệt đối là một mô hình lý tưởng hóa, được định nghĩa là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả bức xạ điện từ tới nó ở mọi bước sóng và mọi góc tới. Đồng thời, nó cũng là vật phát xạ nhiệt tối đa ở mọi bước sóng so với bất kỳ vật nào khác ở cùng nhiệt độ.

Trao đổi nhiệt kiểu ngược dòng có hiệu quả truyền nhiệt cao hơn so với kiểu song song vì nó duy trì được sự chênh lệch nhiệt độ lớn hơn giữa dòng chất lưu nóng và lạnh dọc theo chiều dài thiết bị. Điều này cho phép truyền được nhiều nhiệt hơn với cùng diện tích trao đổi nhiệt.

Định luật Stefan-Boltzmann mô tả lượng năng lượng bức xạ nhiệt tối đa mà một vật đen tuyệt đối phát ra trên một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian, tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật đó.

Hệ số làm lạnh (Coefficient of Performance - COP) của máy lạnh là một chỉ số đánh giá hiệu quả làm lạnh, được định nghĩa là tỷ số giữa nhiệt lượng (Q_c) lấy đi từ môi trường lạnh và công (W) tiêu thụ để thực hiện quá trình làm lạnh. COP = Q_c / W.

Vật liệu cách nhiệt lý tưởng cần có độ dẫn nhiệt thấp để hạn chế tối đa sự truyền nhiệt qua vật liệu. Nhiệt dung riêng thấp cũng là một lợi thế trong một số ứng dụng cách nhiệt không ổn định, giúp vật liệu nhanh chóng đạt đến nhiệt độ mong muốn mà không hấp thụ quá nhiều nhiệt.

Hệ số truyền nhiệt đối lưu (h) phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan đến chất lưu và dòng chảy, bao gồm độ dẫn nhiệt của chất lưu, vận tốc dòng chảy, tính chất vật lý của chất lưu (như độ nhớt, tỷ nhiệt, khối lượng riêng), và hình dạng, kích thước của bề mặt trao đổi nhiệt.

Hệ SI sử dụng Kelvin (K) làm đơn vị cơ bản cho nhiệt độ. Celsius (°C) cũng được chấp nhận sử dụng rộng rãi trong hệ SI và có liên hệ trực tiếp với Kelvin. Fahrenheit (°F) và Rankine (°R) là các đơn vị đo nhiệt độ thuộc hệ đo lường Anh.

Chu trình Carnot là một chu trình nhiệt động lực học lý tưởng, có hiệu suất nhiệt tối đa có thể đạt được giữa hai nguồn nhiệt độ nhất định. Nó bao gồm bốn quá trình thuận nghịch: hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt.

Hệ số Fouling (R_f) là một hệ số điện trở nhiệt do sự tích tụ cặn bẩn (fouling) trên bề mặt trao đổi nhiệt theo thời gian. Sự tích tụ cặn bẩn làm giảm hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị và cần được tính đến trong thiết kế và vận hành.

Pin mặt trời (hay pin quang điện - PV) là thiết bị bán dẫn chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện. Tấm thu nhiệt mặt trời và bộ tập trung năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng, còn bồn chứa nước nóng mặt trời dùng để lưu trữ nhiệt năng.

Định luật Fourier về dẫn nhiệt phát biểu rằng mật độ dòng nhiệt (q) tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ (∇T) và ngược chiều với gradient này, với hệ số tỷ lệ là độ dẫn nhiệt (k). Phương trình q = -k∇T biểu diễn định luật này.

Nhiệt kế hồng ngoại là thiết bị đo nhiệt độ từ xa, dựa trên việc đo bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể. Nó rất phù hợp để đo nhiệt độ bề mặt vật rắn mà không cần tiếp xúc trực tiếp, đặc biệt là các bề mặt nóng hoặc khó tiếp cận.

Nhiệt dung riêng (c) là lượng nhiệt cần thiết để làm tăng nhiệt độ của một đơn vị khối lượng (thường là 1 kg) của một chất lên 1 độ Celsius (hoặc 1 Kelvin). Nó là một tính chất vật lý đặc trưng cho khả năng tích trữ nhiệt của vật liệu.

Các quá trình nóng chảy, bay hơi, và ngưng tụ là các quá trình chuyển pha, xảy ra ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độ sôi hoặc nhiệt độ nóng chảy) cho đến khi toàn bộ chất chuyển pha. Quá trình đẳng nhiệt là quá trình nhiệt động lực học xảy ra ở nhiệt độ không đổi.

Độ dẫn nhiệt (k, λ) là một tính chất vật lý của vật liệu, thể hiện khả năng vật liệu đó dẫn nhiệt tốt hay kém. Vật liệu có độ dẫn nhiệt cao dẫn nhiệt tốt hơn vật liệu có độ dẫn nhiệt thấp.

Dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt cần môi trường vật chất (rắn, lỏng hoặc khí) để truyền nhiệt. Bức xạ nhiệt là quá trình truyền nhiệt bằng sóng điện từ, có thể xảy ra trong chân không, do đó không cần môi trường vật chất.