Далее: 8.  Замечательные задачи Вверх: Термодинамика Назад: 6.  Первое и второе

7.  Холодильные машины

Как мы знаем, обратимый цикл может проводиться как в прямом, так и в обратном направлениях. При обратном прохождении цикла тепло поглощается от тела с меньшей температурой (холодильника) и передается телу с большей температурой (нагревателю). Машина, реализующая такой цикл, не противоречит началам термодинамики, если отданное тепло будет превышать поглощенное настолько, чтобы изменение энтропии за цикл равнялось нулю, и если над рабочим телом будет совершаться внешняя работа, равная разности между отданным и поглощенным теплом.

В частности, для холодильной машины с обратным циклом Карно (рис. 20), как показано в предыдущем параграфе,

$$\frac{Q_{2}}{Q_{1}}\ =\ \frac{T_{2}}{T_{1}}\;\;,\;\;\;\;\; A_{\text{вн}}\ =\ Q_{1}\,-\,Q_{2}\ =\ -\,A\;.$$

Рис. 20 

В реальных холодильных машинах в качестве холодного резервуара выступает морозильная камера, в качестве "горячего" резервуара - воздух в помещении, в качестве рабочего тела - хладагент - вещество, циркулирующее в закольцованной системе трубок, в качестве источника внешней работы - электродвигатель, подключенный к электрической сети, из которой и черпается энергия для работы холодильника. Чтобы поддерживать постоянной температуру в морозильной камере, нужно отнимать у нее тепло, которое просачивается извне в результате необратимого теплообмена. Избыток энтропии рабочего вещества выбрасывается в окружающую среду вместе с теплом.

Если холодильная машина некоторое время работает, а затем выключается и все ее части выравнивают температуру с окружающим воздухом, то единственным результатом данного процесса будет перевод энергии электрического тока в рассеянное тепло.

Кстати говоря, то же самое относится ко всем тепловым, электрическим, электромеханическим устройствам, за исключением тех, которые осуществляют подъем грузов.

Вопросы и задачи

7.1. Бытовой холодильник работает в помещении с температурой: а) $30^{0}\ C$; б) $20^{0}\ C$. В каком из этих случаев потребляется больше электроэнергии?

7.2. Идеальная холодильная машина работает по обратному циклу Карно между тепловыми резервуарами с температурами $0^{0}\ C$ и $100^{0}\ C$. Какое количество воды нужно заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар 3 кг воды в кипятильнике? Удельная теплота парообразования и плавления воды соответственно равны $2,3\cdot10^{6}\ \text{ Дж/кг}$ и $3,4\cdot10^{5}\ \text{ Дж/кг}$.

Далее: 8.  Замечательные задачи Вверх: Термодинамика Назад: 6.  Первое и второе