Номер 6, страница 251 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 45. Виды тепловых двигателей. Экологические проблемы использования тепловых двигателей. Вопросы - номер 6, страница 251.

Условие.

5. Что называют холодильным коэффициентом?

6. Как работает:

а) тепловой насос;

б) кондиционер?

Решение.

а) тепловой насос

Тепловой насос — это устройство, которое переносит (или "перекачивает") тепловую энергию от источника с низкой температурой (например, уличный воздух, грунт, вода) к потребителю с более высокой температурой (например, система отопления дома). Принцип его работы основан на обратном термодинамическом цикле, который используется в холодильных машинах.

Ключевыми компонентами теплового насоса являются: испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В системе циркулирует специальное вещество — хладагент, способное легко переходить из жидкого состояния в газообразное и обратно.

Процесс работы цикличен. Первый этап: в испарителе, который находится в контакте с холодной внешней средой, жидкий хладагент под низким давлением поглощает тепло и закипает, превращаясь в газ. Второй этап: этот газ поступает в компрессор, где он сжимается. Работа, совершаемая компрессором, приводит к значительному увеличению давления и температуры газа. Третий этап: горячий газ под высоким давлением поступает в конденсатор, расположенный внутри отапливаемого помещения. Здесь газ отдает свое тепло воздуху комнаты, охлаждается и конденсируется, снова становясь жидкостью. Четвертый этап: жидкий хладагент под высоким давлением проходит через расширительный клапан, где его давление и температура резко падают. После этого холодный хладагент возвращается в испаритель, и цикл повторяется.

Таким образом, тепловой насос не генерирует тепло, а эффективно перемещает его, затрачивая на это лишь электроэнергию для работы компрессора. Его эффективность оценивается коэффициентом преобразования тепла (COP), который показывает отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической. Этот коэффициент обычно больше 3, что делает тепловые насосы очень энергоэффективными системами отопления.

Ответ: Тепловой насос работает по принципу обратного холодильного цикла, перенося тепло от холодного внешнего источника к теплому внутреннему потребителю с помощью фазовых переходов хладагента (испарение во внешней среде и конденсация в помещении) и работы, совершаемой компрессором для повышения температуры хладагента.

б) кондиционер

Кондиционер — это устройство, предназначенное для охлаждения воздуха в помещении. По своей сути, это тот же тепловой насос, но его основной задачей является отбор тепла из помещения и его отвод в окружающую среду (на улицу).

Кондиционер состоит из тех же основных частей, что и тепловой насос: испарителя (расположен во внутреннем блоке), компрессора, конденсатора (расположены во внешнем блоке) и расширительного клапана. Внутри системы также циркулирует хладагент.

Цикл охлаждения происходит следующим образом. Первый этап: во внутреннем блоке находится испаритель. Вентилятор прогоняет теплый комнатный воздух через холодные трубки испарителя. Хладагент внутри трубок, поглощая тепло, закипает и превращается в газ. Воздух, отдав тепло, охлаждается и возвращается в комнату. Второй этап: газообразный хладагент поступает во внешний блок в компрессор, который его сжимает, повышая давление и температуру. Третий этап: горячий газ поступает в конденсатор (радиатор внешнего блока). Вентилятор внешнего блока обдувает конденсатор уличным воздухом, хладагент отдает тепло улице и конденсируется, превращаясь в жидкость. Четвертый этап: жидкий хладагент под высоким давлением проходит через расширительный клапан, где его давление и температура резко падают, после чего он в холодном виде возвращается в испаритель внутреннего блока для повторения цикла.

Многие современные кондиционеры (сплит-системы) являются реверсивными, то есть могут работать и на обогрев. В этом режиме они функционируют в точности как тепловой насос, описанный в пункте "а".

Ответ: Кондиционер работает по принципу холодильной машины, отбирая тепло из воздуха помещения с помощью испарителя (расположенного во внутреннем блоке) и выбрасывая его в окружающую среду через конденсатор (расположенный во внешнем блоке). Перенос тепла осуществляется за счет циркуляции и фазовых переходов хладагента, а также работы компрессора.