(江蘇省連云港市贛榆高級中學(xué)高三10班,江蘇　連云港　222100)

電冰箱是家中常用的電器，即使在偏遠的山村，電冰箱也不再是稀罕的物件。電冰箱能夠制冷，用物理術(shù)語來說，“能夠?qū)崃繌牡蜏匚矬w傳給高溫物體?！倍鵁崃W(xué)第二定律的克勞修斯表述為“熱量不會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，而不引起其他變化?！币虼耍姳涑１划?dāng)作“反面教材”，能否將電冰箱(涉及到熱現(xiàn)象)的原理搞清楚、弄明白，是理解熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述的關(guān)鍵。在學(xué)習(xí)中，筆者采用一問一答的形式來幫助其他同學(xué)解讀電冰箱，效果很好。

一問：電冰箱的制冷原理是什么？

圖1

如圖1所示，電冰箱由壓縮機、冷凝器、毛細管(節(jié)流閥)、蒸發(fā)器四部分組成。這四部分由管道相連，組成一個密閉的連通器系統(tǒng)，制冷劑作為工作物質(zhì)，由管道輸送，經(jīng)過這四部分完成工作循環(huán)。

壓縮機是電冰箱的“心臟”，它消耗電能，對來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣做功，使它變成高溫高壓的蒸氣。然后這些高溫高壓的蒸氣來到冷凝器向低溫的環(huán)境放熱，同時自身被冷卻成低溫高壓的液體。這些低溫高壓的液態(tài)制冷劑由過濾器濾掉水分和雜質(zhì)，進入毛細管，經(jīng)節(jié)流膨脹，變成低溫低壓的液體，隨后進入電冰箱的蒸發(fā)器。低溫低壓液態(tài)制冷劑在低壓條件下迅速液化，從外界(電冰箱內(nèi))吸收大量的熱量，使溫度降低，這樣就完成了一個制冷循環(huán)。

二問：對電冰箱而言，低溫物體、高溫物體分別是什么？

對電冰箱而言，低溫物體是箱內(nèi)食品，高溫物體是箱外空氣。

三問：電冰箱的工作物質(zhì)內(nèi)能如何變化？

電冰箱的制冷過程可分為三個過程，工作物質(zhì)內(nèi)能的變化分別是這樣的：一是電動機推動活塞壓縮工作物質(zhì)做功，使其內(nèi)能增加；二是氣態(tài)工作物質(zhì)在冷凝器中液化放出熱量，內(nèi)能減少；三是液態(tài)工作物質(zhì)在蒸發(fā)器中汽化吸收熱量，內(nèi)能增加。

四問：電冰箱中第三者是誰？

在電冰箱中，熱量的確是從低溫物體傳給高溫物體，但這不是自發(fā)的，這個過程必須有第三者介入，這個第三者就是壓縮機。如果沒有壓縮機做功，熱量就會自發(fā)地從箱外的高溫空氣傳給箱內(nèi)的低溫食品。

五問：電冰箱吸收的熱量Q2等于壓縮機所做的功W嗎？

冰箱、空調(diào)制冷原理基本相同，空調(diào)有一個參數(shù)叫“能效比”，就是空調(diào)的制冷量(制熱量)與運行功率之比。通俗的講，就是空調(diào)用一千瓦的電，能產(chǎn)生多少千瓦的制冷量。例如一空調(diào)的制冷量是4800W，運行功率是1860W，制冷能效比是4800/1860≈2.6。這僅僅是5級的能效比，空調(diào)的1級能效比為3.4，市場準入的最低能效比是5級。從上面可以看出現(xiàn)行空調(diào)的制冷量是大于壓縮機所消耗的電能。雖然冰箱的能效比計算復(fù)雜，不像空調(diào)那樣能直接給出準確的數(shù)字，但可以推斷出電冰箱吸收的熱量大于壓縮機運行所消耗的電能。壓縮機消耗電能主要是用來做功的，不可避免地有能量損失，壓縮機消耗電能肯定大于它所做的功，因此電冰箱吸收的熱量Q2大于壓縮機所做的功W，而不是等于W。

六問：電冰箱制冷過程違反能量守恒定律嗎？

經(jīng)過一個制冷循環(huán)后，冰箱工作物質(zhì)的內(nèi)能不變。冰箱從箱內(nèi)食品中吸收的熱量Q2、外界做功W、向大氣放出的熱量Q1三者滿足的關(guān)系為Q1=Q2+W。從表達式中可以看出吸收的熱量大于“外界”做功，也就是壓縮機做的功，并不違反能量守恒定律。

七問：電冰箱的制冷過程違反熱力學(xué)第二定律嗎？

在電冰箱中，熱量的確是從低溫物體傳給高溫物體。但這不是自發(fā)的，需要壓縮機做功，并引起了第三者的變化，即消耗了電能(如圖2)，因此

電冰箱的制冷過程并不違反熱力學(xué)第二定律。

圖2

通過上述七個問題的回答，不僅能夠幫助同學(xué)全面理解冰箱的工作原理，而且對熱力學(xué)第二定律的克勞修斯表述也有了更深刻的認識。

參考文獻：

[1] 房進權(quán).農(nóng)村初中“綜合實踐活動:用電冰箱研究物態(tài)變化現(xiàn)象”的思考與設(shè)計[J].中學(xué)物理，2013,(6).

[2] 于金勇.帶著初中生去認識電冰箱[J].湖南中學(xué)物理，2010,(9).