Номер 1, страница 240 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 6. Взаимные превращения жидкостей и газов. Параграф 6.9. Примеры решения задач. Вопросы - номер 1, страница 240.

Условие.

1. Процесс испарения положен в основу функционирования такого устройства, как биоклиматизатор. Подготовьте доклад об этом устройстве.

Решение.

Доклад на тему: "Биоклиматизатор и принцип его работы"

Введение: Что такое биоклиматизатор?

Биоклиматизатор, также известный как испарительный охладитель, аква-кондиционер или "мойка воздуха", – это устройство, предназначенное для охлаждения и увлажнения воздуха в помещении. Его работа основана на естественном физическом процессе – испарении воды. В отличие от традиционных кондиционеров, которые используют для охлаждения хладагенты (фреоны) и компрессор, биоклиматизатор охлаждает воздух, забирая тепловую энергию на испарение воды. Это делает его более экологичным и энергоэффективным решением для создания комфортного микроклимата, особенно в регионах с сухим и жарким климатом.

Принцип работы, основанный на испарении

В основе функционирования биоклиматизатора лежит физическое явление, известное как адиабатическое охлаждение. Процесс испарения – это переход вещества из жидкого состояния в газообразное. Для этого перехода молекулам жидкости требуется энергия, которую они забирают из окружающей среды. Эта энергия называется скрытой теплотой парообразования. Когда вода испаряется, она поглощает тепло из воздуха, с которым контактирует, что приводит к понижению температуры этого воздуха.
Работа устройства выглядит следующим образом:
1. Вентилятор, встроенный в прибор, всасывает теплый сухой воздух из помещения или с улицы.
2. Этот воздушный поток направляется через специальный пористый фильтр (охлаждающую панель), который постоянно смачивается водой из встроенного резервуара с помощью небольшого насоса.
3. Проходя через влажный фильтр, воздух отдает свое тепло воде, заставляя ее интенсивно испаряться.
4. В результате воздух на выходе из устройства становится не только прохладнее на $5-15\ \text{°C}$, но и более влажным.
Эффективность охлаждения напрямую зависит от двух факторов: начальной температуры воздуха и его относительной влажности. Чем выше температура и ниже влажность, тем интенсивнее происходит испарение и, соответственно, тем сильнее охлаждается воздух.

Конструкция устройства

Стандартный биоклиматизатор состоит из нескольких ключевых компонентов:
• Корпус: Обычно выполнен из прочного пластика, содержит все внутренние элементы.
• Вентилятор: Обеспечивает забор теплого воздуха и подачу охлажденного воздуха в помещение.
• Резервуар для воды: Емкость, в которой находится вода для процесса испарения. Ее объем определяет время непрерывной работы устройства.
• Водяной насос (помпа): Небольшой насос, который подает воду из резервуара на охлаждающие фильтры.
• Охлаждающие/испарительные фильтры: Пористые панели (часто из целлюлозы или акриловых полимеров), которые удерживают влагу и обеспечивают большую площадь контакта воды с воздухом.
• Панель управления: Позволяет пользователю регулировать скорость вентилятора, режим работы и другие функции.
Некоторые модели могут быть дополнительно оснащены отсеком для льда (для усиления охлаждающего эффекта), ионизатором, угольными или пылевыми фильтрами для дополнительной очистки воздуха.

Преимущества и недостатки

Сначала рассмотрим преимущества:
• Энергоэффективность: Потребляют в 8-10 раз меньше электроэнергии по сравнению с компрессорными кондиционерами, так как энергия тратится только на работу вентилятора и насоса.
• Экологичность: Не используют вредных для озонового слоя хладагентов. Рабочим веществом является обычная вода.
• Обеспечение притока свежего воздуха: В отличие от кондиционеров, требующих герметично закрытых помещений, биоклиматизаторы наиболее эффективны при наличии притока свежего воздуха (например, через приоткрытое окно), что способствует постоянному обновлению воздуха в комнате.
• Увлажнение воздуха: Насыщают воздух влагой, что полезно для здоровья в сухом климате, предотвращает пересыхание слизистых оболочек и кожи.
• Более низкая стоимость: Как правило, они дешевле в приобретении и эксплуатации, чем традиционные сплит-системы.
Теперь перейдем к недостаткам:
• Зависимость от влажности: Практически неэффективны в условиях высокой влажности (более 60-70%), так как процесс испарения в таких условиях сильно замедлен.
• Повышение влажности в помещении: Могут создавать избыточную влажность, что при плохой вентиляции может привести к появлению плесени и ощущению "сырости".
• Ограниченная степень охлаждения: Не способны понижать температуру так же сильно, как компрессорные кондиционеры (падение температуры, $\Delta T$, обычно составляет $5-15\ \text{°C}$), и не позволяют точно задать желаемую температуру.
• Требуют регулярного ухода: Необходимо периодически чистить резервуар для воды и фильтры, чтобы избежать размножения бактерий и появления неприятного запаха.

Заключение

Биоклиматизатор – это прекрасная альтернатива традиционному кондиционеру для регионов с жарким и сухим климатом. Используя простой и естественный принцип охлаждения за счет испарения воды, он является экономичным, экологически чистым и полезным для здоровья устройством. Однако перед его приобретением важно учитывать климатические особенности региона и быть готовым к его специфическим требованиям по эксплуатации, таким как обеспечение притока свежего воздуха и регулярное обслуживание.

Ответ: Выше представлен развернутый доклад об устройстве "биоклиматизатор", его принципе работы, основанном на испарении, конструкции, преимуществах и недостатках.