Холодильні машини

Життєвий досвід і фізичні експерименти говорять нам про те, що в процесі теплообміну теплота передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого, але не навпаки. Ніколи не спостерігаються процеси, в яких за рахунок теплообміну енергія мимоволі переходить від холодного тіла до гарячого, в результаті чого холодне тіло ще більше остигало б, а гаряче тіло – ще більше нагрівалося.

Ключове слово тут – «мимовільно». Якщо використовувати зовнішнє джерело енергії, то здійснити процес передачі тепла від холодного тіла до гарячого виявляється цілком можливим. Це і роблять холодильні машини.

У порівнянні з тепловим двигуном процеси в холодильній машині мають протилежний напрямок.

Робоче тіло холодильної машини називають також холодоагентом. Ми для простоти будемо вважати його газом, який поглинає теплоту при розширенні і віддає при стисненні.

Холодильник в холодильній машині – це тіло, від якого відводиться теплота. Холодильник передає робочому тілу (газу) кількість теплоти Q2, в результаті чого газ розширюється.

У ході стиснення газ віддає теплоту Q1 більш нагрітого тіла – нагрівачу. Щоб така теплопередача здійснювалася, треба стискати газ при більш високих температурах, ніж були при розширенні. Це можливо лише за рахунок роботи A ‘, яку здійснюють зовнішнім джерелом (наприклад, електродвигуном). Тому кількість теплоти, передана нагрівачу, виявляється більше кількості теплоти, що забирається від холодильника, якраз на величину A’:

Qi = Q2 + A’

Таким чином, на pV-діаграмі робочий цикл холодильної машини йде проти годинникової стрілки. Площа циклу – це робота A, чинена зовнішнім джерелом.

Основне призначення холодильної машини – охолодження деякого резервуара (наприклад, морозильної камери). В такому випадку даний резервуар грає роль холодильника, а нагрівачем служить навколишнє середовище – в неї розсіюється тепло, що відводиться від резервуара.

Показником ефективності роботи холодильної машини є холодильний коефіцієнт, рівний відношенню відведеного від холодильника тепла до роботи зовнішнього джерела.

Холодильний коефіцієнт може бути і більше одиниці. У реальних холодильниках він приймає значення приблизно від 1 до 3.

Є ще одне цікаве застосування: холодильна машина може працювати як тепловий насос. Тоді її призначення – нагрівання деякого резервуара (наприклад, обігрів приміщення) за рахунок тепла, що відводиться від навколишнього середовища. В даному випадку цей резервуар буде нагрівачем, а навколишнє середовище – холодильником.

Посилання на основну публікацію