Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Kỹ thuật nhiệt – Đề 13

Quá trình đoạn nhiệt (adiabatic process) là quá trình nhiệt động mà hệ thống không trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài (Q = 0). Nhiệt độ và áp suất của hệ thống có thể thay đổi trong quá trình này, nhưng không có sự 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. Fahrenheit (°F) và Rankine (°R) không thuộc hệ SI, chúng thuộc hệ đo lường Anh.

Kỹ thuật nhiệt có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực liên quan đến nhiệt, như hệ thống điều hòa không khí, động cơ nhiệt, nhà máy điện nhiệt. Sản xuất điện thoại thông minh chủ yếu liên quan đến kỹ thuật điện tử và cơ khí chính xác, kỹ thuật nhiệt có thể đóng vai trò trong làm mát linh kiện nhưng không phải là ứng dụng chính yếu.

Sấy bằng khí nóng (sấy đối lưu) thường sử dụng nhiệt độ cao nhất để tăng tốc độ bay hơi nước. Các phương pháp sấy khác như sấy lạnh, sấy chân không, sấy thăng hoa thường hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn để bảo toàn chất lượng sản phẩm hoặc tận dụng các cơ chế sấy đặc biệt.

Thông số trạng thái (như nhiệt độ, áp suất, thể tích, nội năng, entropy, enthalpy) chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại của hệ thống, không phụ thuộc vào đường đi của quá trình. Công và nhiệt là các hàm quá trình, phụ thuộc vào đường đi thực hiện quá trình biến đổi trạng thái.

Đối lưu cưỡng bức là quá trình truyền nhiệt nhờ sự di chuyển của chất lưu do tác động bên ngoài (như quạt, bơm). Vận tốc dòng chảy của chất lưu có vai trò quan trọng nhất vì nó quyết định mức độ khuấy trộn và khả năng truyền nhiệt của chất lưu.

Nhiệt kế hoạt động dựa trên sự thay đổi của một tính chất vật lý nào đó của chất chỉ thị nhiệt theo nhiệt độ. Các tính chất phổ biến bao gồm thể tích (nhiệt kế chất lỏng), áp suất (nhiệt kế khí), điện trở (nhiệt điện trở), v.v.

Công thức tính nhiệt lượng (Q = mcΔT) mô tả trực tiếp mối quan hệ giữa nhiệt lượng (Q), khối lượng (m), nhiệt dung riêng (c) và độ biến thiên nhiệt độ (ΔT). Các định luật khác liên quan đến các khía cạnh khác của truyền nhiệt hoặc nhiệt động lực học.

Sai số trong phép đo nhiệt độ bằng nhiệt ngẫu có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm điện trở của dây dẫn (ảnh hưởng đến tín hiệu điện), nhiệt độ của mối hàn lạnh (cần bù nhiệt độ mối hàn lạnh để có kết quả chính xác), và loại vật liệu của dây nhiệt ngẫu (mỗi loại vật liệu có đặc tính nhiệt điện khác nhau).

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt thông qua sự va chạm giữa các phân tử hoặc nguyên tử, chủ yếu xảy ra trong chất rắn do các phân tử ở gần nhau và ít tự do di chuyển.

Hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt Carnot (và các động cơ nhiệt nói chung) tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh. Để tăng hiệu suất, cần tăng nhiệt độ nguồn nóng (T_H) và giảm nhiệt độ nguồn lạnh (T_C) (hiệu suất η = 1 - T_C/T_H).

Hệ số truyền nhiệt tổng quát (U) biểu thị tốc độ truyền nhiệt qua một hệ thống trao đổi nhiệt, bao gồm cả các điện trở nhiệt do dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ (nếu có). Giá trị U càng lớn, tốc độ truyền nhiệt càng cao.

COP (Coefficient of Performance) là hệ số hiệu suất làm lạnh, được định nghĩa là tỷ số giữa công suất làm lạnh (nhiệt lượng lấy đi từ không gian cần làm lạnh) và công suất tiêu thụ điện. COP càng cao, hệ thống càng tiết kiệm năng lượng.

Ống dẫn nhiệt hoạt động dựa trên chu trình bay hơi và ngưng tụ của chất làm việc bên trong ống. Nhiệt được truyền từ nguồn nhiệt đến vùng bay hơi, chất lỏng bay hơi và mang nhiệt đi, sau đó ngưng tụ ở vùng lạnh và giải phóng nhiệt. Chất lỏng ngưng tụ trở lại vùng bay hơi nhờ lực mao dẫn hoặc trọng lực.

Vật liệu cách nhiệt lý tưởng cần có khả năng dẫn nhiệt kém (để hạn chế truyền nhiệt qua vật liệu) và nhiệt dung riêng cao (để hấp thụ nhiệt tốt hơn, làm chậm quá trình thay đổi nhiệt độ). Tuy nhiên, khả năng dẫn nhiệt kém là yếu tố quan trọng hơn cho mục đích cách nhiệt.

Ống sinh hơi, bình ngưng và thiết bị làm lạnh đều là các loại thiết bị trao đổi nhiệt, chúng được thiết kế để truyền nhiệt giữa các môi chất. Máy nén khí là thiết bị cơ học dùng để tăng áp suất của chất khí, không trực tiếp thực hiện trao đổi nhiệt (mặc dù có thể phát sinh nhiệt trong quá trình nén).

Nhiệt kế hồng ngoại (hay súng đo nhiệt độ hồng ngoại) có khả năng đo nhiệt độ từ xa bằng cách đo bức xạ hồng ngoại phát ra từ vật thể. Các loại nhiệt kế khác (nhiệt ngẫu, nhiệt điện trở, nhiệt kế chất lỏng) thường cần tiếp xúc trực tiếp với vật cần đo.

Đối lưu nhiệt cần môi trường lưu chất (chất lỏng hoặc khí) để dòng nhiệt được truyền đi do sự di chuyển của khối chất. Kim loại là chất rắn, không xảy ra đối lưu nhiệt theo cơ chế thông thường (đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức).

DSC (Differential Scanning Calorimetry) là một kỹ thuật phân tích nhiệt đo sự khác biệt về nhiệt lượng cần thiết để duy trì hai mẫu (mẫu thử và mẫu chuẩn) ở cùng nhiệt độ khi chúng được gia nhiệt hoặc làm nguội theo chương trình nhiệt độ định sẵn. DSC cung cấp thông tin về nhiệt dung riêng, nhiệt độ chuyển pha, và các biến đổi nhiệt khác của vật liệu.

Ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn, nước sôi ở 100°C. Trong suốt quá trình sôi, nhiệt độ của nước sẽ duy trì không đổi ở 100°C cho đến khi toàn bộ nước chuyển thành hơi. Nhiệt lượng cung cấp chỉ dùng để chuyển pha từ lỏng sang hơi, không làm tăng nhiệt độ.

Theo định luật Stefan-Boltzmann, lượng nhiệt bức xạ tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối (T⁴). Do đó, nhiệt độ tuyệt đối có ảnh hưởng mạnh nhất đến lượng nhiệt bức xạ so với các yếu tố khác.

Pin mặt trời tập trung nhiệt (CSP - Concentrated Solar Power) sử dụng hệ thống gương hoặc thấu kính để tập trung ánh sáng mặt trời, tạo ra nhiệt độ cao để đun nóng chất lỏng (thường là dầu hoặc muối nóng chảy), sau đó nhiệt lượng này được sử dụng để sản xuất hơi nước và phát điện. Pin quang điện (PV) chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Entropy là một thông số trạng thái đo độ hỗn loạn, vô trật tự của hệ thống ở mức độ vi mô. Theo định luật thứ hai nhiệt động lực học, entropy của một hệ kín có xu hướng tăng lên trong các quá trình tự nhiên.

Quá trình bay hơi của môi chất lạnh (trong dàn bay hơi) là quá trình thu nhiệt. Khi môi chất lỏng bay hơi, nó hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh (môi trường cần làm lạnh), làm giảm nhiệt độ của môi trường đó.

Sử dụng tản nhiệt, làm mát bằng chất lỏng và làm mát bằng quạt gió là các phương pháp kiểm soát nhiệt độ phổ biến trong thiết bị điện tử. Giảm điện áp hoạt động có thể giảm nhiệt lượng sinh ra, nhưng không phải là phương pháp kiểm soát nhiệt độ trực tiếp, mà là biện pháp giảm tải nhiệt.

Hóa hơi (vaporization) là quá trình chuyển pha từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí (hơi). Quá trình ngược lại, chuyển từ khí sang lỏng, được gọi là ngưng tụ (condensation).

Sự cố nhiệt xảy ra khi tốc độ sinh nhiệt bên trong pin (do các phản ứng hóa học không mong muốn) vượt quá tốc độ tản nhiệt ra môi trường. Điều này dẫn đến nhiệt độ pin tăng nhanh, gây ra các phản ứng phụ nguy hiểm và có thể dẫn đến cháy nổ.

Năng lượng địa nhiệt khai thác nhiệt từ lòng đất để sản xuất điện. Nước nóng hoặc hơi nước từ các nguồn địa nhiệt được sử dụng để chạy tuabin hơi, sau đó tuabin quay máy phát điện. Điện gió và thủy điện sử dụng động năng của gió và nước, pin mặt trời quang điện chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Chu trình Carnot là chu trình nhiệt động lý tưởng có hiệu suất nhiệt cao nhất có thể đạt được giữa hai nguồn nhiệt độ nhất định (nóng và lạnh). Mọi chu trình thực tế đều có hiệu suất nhiệt nhỏ hơn do các tổn thất và tính không thuận nghịch.

Tăng cường lớp cách nhiệt cho tường (ví dụ: sử dụng bông thủy tinh, xốp cách nhiệt) là biện pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu sự mất nhiệt qua tường nhà. Lớp cách nhiệt làm tăng điện trở nhiệt của tường, hạn chế quá trình dẫn nhiệt. Các biện pháp khác ít hiệu quả hơn hoặc thậm chí gây phản tác dụng.