Номер 2, страница 78, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 5. Тепловые машины. Параграф 30. Холодильные машины - номер 2, страница 78.

Условие.

2. До какой температуры можно охладить содержимое морозильной камеры холодильника, в качестве рабочего вещества которого используется: а) вода; б) аммиак; в) фреон; г) спирт?

Ответ: а) _________ б) _________ в) _________ г) _________

Решение.

Принцип работы холодильника основан на цикле испарения и конденсации рабочего вещества, называемого хладагентом. В испарителе, который находится внутри морозильной камеры, хладагент кипит при низком давлении и температуре, забирая тепло из камеры. Затем компрессор сжимает газообразный хладагент, повышая его давление и температуру, и в конденсаторе (радиаторе на задней стенке холодильника) он отдает тепло в окружающую среду, превращаясь обратно в жидкость. Далее цикл повторяется.

Минимальная температура, до которой можно охладить содержимое камеры, теоретически ограничена температурой замерзания (или, точнее, температурой тройной точки) рабочего вещества. Если хладагент замерзнет в испарителе, он перестанет циркулировать по системе, и холодильник остановится. Поэтому для каждого вещества существует свой предельно низкий температурный порог.

а) вода
Вода замерзает при температуре $0^{\circ}C$ (при нормальном атмосферном давлении). Если использовать воду в качестве рабочего вещества, то охладить морозильную камеру ниже этой температуры невозможно, так как вода превратится в лед и закупорит трубки испарителя. Таким образом, предельная температура охлаждения при использовании воды составляет $0^{\circ}C$.

Ответ: $0^{\circ}C$.

б) аммиак
Аммиак ($NH_3$) является эффективным и широко используемым хладагентом, особенно в промышленных холодильных установках. Его температура замерзания составляет $-77,7^{\circ}C$. Это и есть теоретический предел охлаждения для холодильника, работающего на аммиаке. На практике, температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет $-33,3^{\circ}C$, что позволяет легко достигать стандартных температур в морозильных камерах.

Ответ: $-77,7^{\circ}C$.

в) фреон
Фреонами называют целую группу хладагентов (хлорфторуглероды, гидрофторуглероды и др.), которые имеют разные физические свойства. Температуры их замерзания очень низкие. Например, у широко используемого в бытовых холодильниках фреона R-134a температура замерзания равна $-103,3^{\circ}C$. У других марок фреонов, предназначенных для низкотемпературного охлаждения, она может быть еще ниже (например, у R-23 она составляет $-155,2^{\circ}C$). Таким образом, теоретический предел охлаждения зависит от конкретной марки фреона, но в любом случае он позволяет достигать очень низких температур. В качестве примера можно взять предел для R-134a.

Ответ: $\approx -103^{\circ}C$ (в зависимости от марки).

г) спирт
Под спиртом обычно понимают этиловый спирт (этанол, $C_2H_5OH$). Он имеет очень низкую температуру замерзания, около $-114,1^{\circ}C$. Теоретически, это и есть минимально достижимая температура. Однако, в отличие от аммиака и фреонов, спирт имеет очень высокую температуру кипения при атмосферном давлении ($+78,4^{\circ}C$). Чтобы заставить его кипеть при отрицательных температурах, в системе испарителя пришлось бы создавать очень глубокий вакуум, что технически сложно и энергетически неэффективно. Поэтому, несмотря на низкую температуру замерзания, спирт практически не используется в качестве хладагента в компрессионных холодильниках.

Ответ: $-114,1^{\circ}C$.