Обсудить в классе, страница 72 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 18. Тепловые двигатели. Вопросы - страница 72.

Условие.

В тепловом двигателе за счёт количества теплоты, полученного от нагревателя, совершается механическая работа. Количество теплоты самопроизвольно переходит от более нагретых тел к менее нагретым. А что происходит в холодильнике? Кипящий при низкой температуре фреон получает энергию от стенок камеры холодильника и находящихся в ней продуктов. Продукты охлаждаются. Количество теплоты передаётся в окружающий холодильник воздух, имеющий более высокую температуру, чем в камере холодильника. Это означает, что количество теплоты передаётся от менее нагретых тел к более нагретым. Как вы думаете, почему?

Решение.

Передача количества теплоты от менее нагретых тел (внутренней камеры холодильника) к более нагретым (окружающему воздуху) не является самопроизвольным процессом и не противоречит второму началу термодинамики. Второе начало термодинамики гласит, что теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему. Ключевое слово в этом законе — «самопроизвольно».
В холодильнике этот процесс происходит принудительно, за счёт совершения внешней механической работы. Эту работу совершает компрессор, который потребляет электрическую энергию. Принцип работы холодильника основан на цикле фазовых переходов рабочего вещества (хладагента):
1. Внутри холодильной камеры (в испарителе) жидкий хладагент находится под низким давлением и кипит при очень низкой температуре. Для кипения (испарения) ему необходима энергия, которую он забирает в виде теплоты от продуктов и стенок камеры, тем самым охлаждая их.
2. Компрессор засасывает газообразный хладагент из испарителя и сжимает его. При сжатии совершается работа, в результате чего температура и давление газа значительно повышаются. Газ становится горячее, чем воздух в помещении.
3. Горячий газ под высоким давлением поступает в конденсатор (радиатор на задней стенке холодильника). Здесь он отдает избыточную теплоту в окружающую среду и конденсируется, превращаясь в жидкость.
4. Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через дроссельный клапан (капиллярную трубку), где его давление и температура резко падают, после чего он снова попадает в испаритель, и цикл повторяется.
Таким образом, перенос теплоты от холодного тела к горячему становится возможным только благодаря совершению работы над системой. Общее количество теплоты, отданное в окружающую среду ($Q_{нагревателя}$), равно сумме теплоты, отобранной из холодильной камеры ($Q_{холодильника}$), и работы, совершённой компрессором ($\text{A}$): $Q_{нагревателя} = Q_{холодильника} + A$.

Ответ: Количество теплоты передаётся от менее нагретых тел к более нагретым не самопроизвольно, а в результате совершения внешней механической работы компрессором холодильника. Этот процесс является принудительным и требует затрат энергии извне, поэтому он не нарушает второе начало термодинамики.