Передача тепловой энергии при таянии и конденсации. Домашний холодильник    

    Передача тепловой энергии при таянии и конденсацииОдним из важных примеров применений передачи тепловой энергии при испарении и конденсации является домашний холодильник. Когда включается насос Р, давление быстро падает в трубах F морозильного отделения. Это заставляет фреон — летучую жидкость в трубах — быстро испаряться (или кипеть при пониженном давлении). Необходимая скрытая тепловая энергия поступает к фреону из окружающей среды, и происходит охлаждение.

    Газ при прохождении через насос Р сжимается и превращается в жидкость. При этом сжатии высвобождается скрытая теплота, которую необходимо удалить перед тем, как фреон снова войдет в холодильник, иначе она будет возвращена обратно.

    Домашний холодильникК трубам   присоединены   медные   стержни, которые проводят тепловую энергию от фреона и рассеивают ее в окружающем пространстве преимущественно путем конвекции. Охлажденный фреон затем переходит в морозильное отделение, и цикл повторяется. Стенки холодильника пустотелы и наполнены низкопроводящим материалом, таким, как полистирол. Термостат внутри холодильника контролирует температуру, включая и выключая насос.

    Комната не может охладиться при открытой двери холодильника, поскольку тепловая энергия, высвобожденная в холодильнике, уходит в комнату. Если бы эта система имела 100%-ную эффективность, то количество высвобожденной тепловой энергии было бы равно количеству тепловой энергии,  полученной из холодильника, и температура комнаты оставалась бы прежней. Фактически же эта система не столь эффективна, и температура в комнате поднимается.

    Важно поместить холодильник или морозильную камеру в месте, где их хорошо  обдувает воздух. Это   необходимо для того, чтобы теплота рассеивалась от медных стержней. Неразумно помещать небольшую морозильную камеру в замкнутое пространство, например шкаф, только лишь потому, что это удобно. Весьма вероятно, что мотор насоса в этом случае перегреется и перегорит.   

     

    Нагревание или охлаждение смешиванием

     

    Вода может быть подогрета пропусканием через нее пара или охлаждена добавлением в нее льда. Полезно знать, как вести подсчеты, касающиеся этих процессов.

     

    Рассмотрим пример:

    Какова масса пара при 100 °С, которая нужна для увеличения температуры воды массой 2 кг с 15 °С до 60 °С?

    Пренебрегите теплотой, затраченной на повышение температуры содержащего пар сосуда.

    Удельная теплота парообразования воды = 2 260 000 Дж x кг и удельная теплоемкость воды = 4200 Дж x кг-1 К-1.

    Тепловая энергия ΔQ1, полученная холодной водой, должна быть равна тепловой энергии ΔQ2,  потерянной паром.

    Тепловая энергия, полученная водой:

    m1 = 2 кг    Δθ = 60 °С - 15 °С= 45 К     с = 4200 Дж x кг-1 К-1.

    ΔQ1 = m1cΔθ = 2 кг х 4200 Дж x кг-1 К-1 х 45 К = 90 х 4200 Дж

    Теплота, потерянная паром:

    m2 = ?   l = 2 260 000 Дж х кг-1   с = 4200 Дж х кг-1  К-1

    Δθ2 = 100 °С - 60 °С= 40 К

    ΔQ= m2l + m2cΔθ2 = m2(l+cΔθ2) = m2 2428000 Дж х кг-1

    ΔQ2 = ΔQ1

    m2 ≈ 0,156 кг

     

Copyright © 2011-2014  globalphysics.ru
All Rights Reserved