Номер 3, страница 88 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 23. Тепловые машины и экология. Вспомните - номер 3, страница 88.

Условие.

На чём основан принцип работы холодильника?

Решение.

Принцип работы холодильника основан на втором законе термодинамики и использовании фазовых переходов рабочего вещества — хладагента (например, фреона). Холодильник представляет собой тепловую машину, которая совершает работу для переноса теплоты от более холодного тела (содержимого холодильной камеры) к более горячему телу (окружающей среде). Этот процесс возможен благодаря циклическому изменению агрегатного состояния хладагента.

Основной физический принцип

Ключевым явлением, используемым в холодильнике, является поглощение теплоты при испарении (кипении) жидкости и выделение теплоты при её конденсации. Температура кипения жидкости зависит от давления: при понижении давления температура кипения также понижается, а при повышении — повышается. Управляя давлением хладагента, можно заставить его кипеть при низкой температуре внутри холодильной камеры, отбирая у неё тепло, и конденсироваться при высокой температуре снаружи, отдавая тепло в окружающее пространство.

Парокомпрессионный холодильный цикл

Современные бытовые холодильники работают по парокомпрессионному циклу, который состоит из четырех основных этапов, реализуемых с помощью четырех ключевых компонентов:

1. Испаритель (внутри камеры): Жидкий хладагент под низким давлением поступает в испаритель, который находится внутри холодильной камеры. Из-за низкого давления хладагент начинает кипеть при очень низкой температуре (например, ниже 0°C). В процессе кипения он превращается в газ и активно поглощает теплоту $Q_{хол}$ из внутреннего пространства холодильника, охлаждая его.

2. Компрессор (вне камеры): Газообразный хладагент низкой температуры и давления всасывается компрессором. Компрессор сжимает газ, совершая над ним работу $\text{A}$. В результате сжатия давление и температура хладагента резко возрастают.

3. Конденсатор (вне камеры): Горячий газ под высоким давлением поступает в конденсатор — змеевик, расположенный на задней стенке холодильника. Температура газа выше температуры окружающего воздуха, поэтому он начинает охлаждаться, отдавая теплоту $Q_{нагр}$ в окружающую среду. При охлаждении газ конденсируется и снова переходит в жидкое состояние, оставаясь под высоким давлением.

4. Дроссель (капиллярная трубка): Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через дросселирующее устройство (узкую капиллярную трубку). При прохождении через это сужение его давление и температура резко падают. Охлажденный жидкий хладагент под низким давлением снова поступает в испаритель, и цикл повторяется.

Таким образом, система непрерывно "перекачивает" тепло из холодильной камеры наружу. Количество теплоты, отдаваемое в комнату, равно сумме теплоты, забранной из камеры, и работы, совершенной компрессором: $Q_{нагр} = Q_{хол} + A$. Именно поэтому задняя стенка работающего холодильника всегда теплая.

Ответ: Принцип работы холодильника основан на физическом явлении поглощения тепла при испарении жидкости и выделения тепла при её конденсации. С помощью компрессора создаются условия, при которых хладагент испаряется внутри холодильной камеры (отбирая тепло) и конденсируется снаружи (отдавая тепло в окружающую среду), тем самым осуществляя перенос тепла из холодного пространства в теплое за счет совершения внешней работы.