Номер 7, страница 252 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 9. Основы термодинамики. Параграф 45. Виды тепловых двигателей. Экологические проблемы использования тепловых двигателей. Задания и упражнения - номер 7, страница 252.

Условие.

* 7. Изобразите схему работы:

а) теплового насоса;

б) кондиционера.

Решение.

а) теплового насоса

Тепловой насос — это устройство, предназначенное для обогрева помещения путем переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой (например, уличного воздуха) к потребителю с более высокой температурой (внутреннему воздуху помещения). Работа теплового насоса основана на обратном термодинамическом цикле.

Схема работы включает четыре основных элемента и соответствующих процесса:

1. Испаритель. Располагается снаружи помещения. В нем жидкий хладагент при низком давлении и температуре поглощает теплоту $Q_C$ из холодной окружающей среды (воздуха, воды или грунта) и превращается в газ.

2. Компрессор. Полученный газ поступает в компрессор, который за счет совершения внешней работы $\text{W}$ сжимает его. В результате давление и температура газа значительно возрастают.

3. Конденсатор. Располагается внутри отапливаемого помещения. Горячий сжатый газ поступает в конденсатор, где отдает накопленную теплоту $Q_H$ воздуху в помещении. При этом хладагент охлаждается и конденсируется, переходя в жидкое состояние.

4. Расширительный клапан (дроссель). Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через клапан, где его давление и температура резко падают. После этого охлажденный хладагент снова поступает в испаритель, и цикл замыкается.

Энергетический баланс цикла описывается уравнением: $Q_H = Q_C + W$. Таким образом, тепло, поступающее в дом, — это сумма тепла, "забранного" с улицы, и работы, совершенной компрессором.

Ответ: Схема работы теплового насоса заключается в циклическом процессе, где хладагент поглощает тепло из холодной внешней среды в испарителе, затем его температура и давление повышаются в компрессоре, после чего он отдает тепло в отапливаемое помещение в конденсаторе и, наконец, охлаждается и расширяется в дроссельном клапане для повторения цикла.

б) кондиционера

Кондиционер работает по тому же принципу, что и тепловой насос, но его основная задача — охлаждение помещения. Фактически, кондиционер — это холодильная машина, которая отбирает тепло из помещения и выводит его в окружающую среду.

Схема работы кондиционера (в режиме охлаждения) зеркальна схеме теплового насоса относительно помещения:

1. Испаритель. Располагается во внутреннем блоке кондиционера, в охлаждаемом помещении. Жидкий хладагент при низкой температуре и давлении, проходя через испаритель, кипит и поглощает теплоту $Q_C$ из воздуха комнаты, тем самым охлаждая его.

2. Компрессор. Газообразный хладагент поступает в компрессор (обычно расположен во внешнем блоке), где он сжимается, и его температура и давление растут. На это затрачивается работа $\text{W}$.

3. Конденсатор. Располагается во внешнем блоке. Горячий газ под высоким давлением проходит через конденсатор, отдает теплоту $Q_H$ в окружающую среду (на улицу) и превращается в жидкость.

4. Расширительный клапан (дроссель). Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через дроссель, где его давление и температура резко снижаются, после чего он вновь готов поглощать тепло в испарителе.

Суммарное количество теплоты, выброшенное на улицу, равно $Q_H = Q_C + W$, то есть оно больше, чем количество теплоты, отобранное из комнаты.

Ответ: Схема работы кондиционера заключается в отборе тепла из воздуха помещения с помощью испарителя (внутренний блок), где кипит хладагент. Затем компрессор сжимает газообразный хладагент, повышая его температуру. В конденсаторе (внешний блок) горячий хладагент отдает тепло в окружающую среду и сжижается, после чего цикл повторяется.