Знакомство с техническими объектами, страница 52 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 3. Тепловые машины. Параграф 14. Использование тепловых двигателей и охрана природы - страница 52.

Условие.

Знакомство с техническими объектами

На рис. 42 изображена схема устройства домашней холодильной установки. Морозильную камеру 1 окружает змеевик-испаритель 2. Он соединён через вентиль 3 с компрессором 4 и конденсатором 5. Компрессор приводится в действие электродвигателем 6.

Для охлаждения используется фреон, который кипит при температуре $-30^\circ C$. Жидкий фреон подаётся в змеевик-испаритель, где быстро испаряется. Испарение сопровождается поглощением тепла от продуктов, находящихся в холодильной камере.

Пары фреона из змеевика-испарителя удаляются с помощью компрессора. Он перекачивает их в конденсатор, который дополнительно охлаждается потоком воздуха. В нём фреон конденсируется, передавая тепло конденсатору и окружающим телам. Затем фреон вновь поступает в змеевик-испаритель.

а) Каково назначение конденсатора?

б) Назовите рабочее тело тепловой машины – холодильной установки.

в) Чем отличается принцип действия холодильной установки от принципа действия теплового двигателя?

Рис. 42

Решение.

а) Каково назначение конденсатора?

Конденсатор в холодильной установке (на схеме обозначен цифрой 5) служит для отвода тепла от рабочего тела (фреона) в окружающую среду. Компрессор сжимает газообразный фреон, отчего его температура и давление значительно повышаются. Горячий газ поступает в конденсатор, представляющий собой длинный змеевик, где он охлаждается и конденсируется, то есть переходит обратно в жидкое состояние. Этот процесс сопровождается выделением большого количества теплоты, которая рассеивается в пространстве за холодильником.

Ответ: Назначение конденсатора — отводить тепло от сжатого компрессором рабочего тела (фреона) в окружающую среду, в результате чего рабочее тело конденсируется, переходя из газообразного состояния в жидкое.

б) Назовите рабочее тело тепловой машины — холодильной установки.

В тексте прямо указано, что для охлаждения используется фреон. Это вещество, называемое также хладагентом, обладает способностью кипеть при низкой температуре и давлении (в испарителе), поглощая тепло, и конденсироваться при более высокой температуре и давлении (в конденсаторе), отдавая тепло.

Ответ: Рабочим телом холодильной установки является фреон.

в) Чем отличается принцип действия холодильной установки от принципа действия теплового двигателя?

Основное отличие заключается в направлении передачи энергии и цели устройства.

Тепловой двигатель — это устройство, которое преобразует тепловую энергию в механическую работу. Он работает за счет естественного процесса передачи тепла от горячего тела (нагревателя) к холодному (холодильнику). Двигатель получает количество теплоты $Q_H$ от нагревателя, совершает полезную работу $\text{A}$ и отдает неиспользованную часть тепла $Q_C$ холодильнику. Его задача — совершение работы.

Холодильная установка — это, по сути, "обращенный" тепловой двигатель. Ее задача — охлаждать тело, то есть отводить от него тепло. Она переносит тепло в обратном, неестественном направлении: от более холодного тела (внутренней камеры) к более горячему (окружающей среде). Этот процесс не может происходить самопроизвольно и требует затрат внешней работы $\text{A}$ (которую совершает компрессор). Холодильная установка забирает теплоту $Q_C$ из холодильной камеры и, получив энергию за счет работы $\text{A}$, отдает в окружающую среду уже большее количество теплоты $Q_H = Q_C + A$.

Ответ: Тепловой двигатель использует тепло для совершения работы, передавая его от горячего тела к холодному. Холодильная установка, наоборот, совершает работу для того, чтобы перенести тепло от холодного тела к горячему.