常常聽人問到,冰箱的制冷原理到底是怎樣的?冰箱内的溫度降低了,那冰箱裡的熱量去哪了?這不是違反能量守恒定律了嗎?冰箱消耗的電量去哪了?它會像熱得快一樣,直接進行制冷嗎?面對如此衆多的問題,我經過總結歸納,得到答案如下。
冰箱吸收的熱量去哪了
冰箱冷藏室、冷凍室内的熱量,通過冰箱外壁,散發到室内了。這是個能量轉移的過程,并不違反能量守恒。同時,散到室内的熱量中,還包含了冰箱内部設備工作時産生的熱量。
所以有些人把冰箱門打開,想通過這種方式給室内降溫,是不可行的:冰箱的散熱量=冰箱制冷量 冰箱發熱量。所以越開冰箱門,室内溫度越高。
冰箱消耗的電量去哪了
在冰箱系統中,電能不參與制冷,它隻為制冷劑提供動力——冰箱想要制冷,制冷劑必須不停的在管道内運動,這一點我們稍後說。
打個比方說,這裡的電能就好像汽車裡的汽油,實際讓汽車前進的是發動機,但是汽油為發動機提供能量。
冰箱制冷原理
我們把冰箱看做兩部分:冰箱内和冰箱外。冰箱内裝置的主要作用是吸收熱量,也就是制冷。它的主要裝置是蒸發器。冰箱外裝置的作用是散熱和提供動力,它的主要裝置是壓縮機、冷凝器和毛細管。
這裡着重說一下制冷劑的制冷原理,它并不像我們想象中那樣,是靠降低自身溫度達到吸熱效果的。而是用了一種物理現象——液體沸騰吸熱。為什麼冰箱裡的液體制冷劑可以沸騰呢?這是另一個物理知識——壓力越低,沸點越低。
制冷劑在常溫狀态下是氣态的,換句話說——把液态制冷劑放到常溫下,它就會沸騰。而制冷劑之所以能夠在冰箱内變成液态,是因為冰箱内為制冷劑提供了高壓的環境。我們先來看一下冰箱的制冷原理圖▼
在這個圖中,箭頭方向表示制冷劑的運動方向。紅色表示制冷劑為高溫高壓(液态),黃色表示制冷劑為常溫高壓(液态),綠色表示制冷劑為常溫常壓(沸騰狀态),藍色箭頭表示制冷劑為常溫常壓(氣态)——這裡糾正一點,從綠色箭頭到藍色箭頭,期間是制冷劑吸熱的狀态,也就是從常溫常壓的液态制冷劑,通過沸騰,迅速向常溫常壓的液态制冷劑變化的過程。這是一個漸變的過程,圖中箭頭顔色變得太突兀了,整個漸變過程都發生在蒸發器中。
下面總述一下本文所寫的全部内容,以制冷劑的視角,從壓縮機出發:壓縮機啟動(消耗電量,并發熱),為制冷劑的運動提供動力。
氣态制冷劑穿過冷凝器遇到毛細管,但毛細管的管道比較細,使得大量制冷劑擁擠在冷凝器内。一個向毛細管方面推(壓縮機),一個堵着不讓過(毛細管),滞留在冷凝器中的制冷劑越來越多,壓力也就越來越大了。
壓力增大後,氣态制冷劑開始液化,液化的過程中伴随着吸熱,于是滞留在冷凝器前半段(靠近壓縮機方向)的制冷劑就是高溫高壓的液态。這些制冷劑在冷凝器中慢慢降溫,直至降低到室溫,開始慢慢排隊通過毛細管。
蒸發器的管道較粗,通過了毛細管的制冷劑壓力突然降低,于是液态制冷劑開始沸騰并氣化(伴随吸熱)。直至制冷劑完全通過蒸發器後,也完全成了常溫常壓的氣态。
氣态制冷劑重新通過壓縮機,繼續新一輪的循環。
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