为了防止读者一键划(dog),首先说出答案,不要用冰箱代替空调调节室温。
由于冰箱的原理,去空调大致相同,所以可以先分析一下空调的制冷原理。
最重要的是,空调的制冷效果不是“凭空”发出的冷气降低室内的温度,而是以某种方式将室内的“热”转移到室外(空调室外机风扇吹来的热),认识到室内的温度低于室外温度。也就是说,可以达到冷却效果。
那么空调到底有什么神奇的魔法能转移“热”呢?众所周知,桌上的一杯热茶会随着时间的推移,温度逐渐降低,直到温度降到与环境周围相同的温度,最后“不幸”地变成一杯凉茶。很容易理解,但能把这个过程倒过来吗?能否通过主动吸收周围环境的热量,将一杯凉茶变成一杯热腾腾的列车?显然不可能。凉茶的温度可以上升到与环境相同的温度,但不能高于它。
热力学第二定律指出,只要物体内部或物体之间存在温差,热量就会从高温物体自发传递到低温物体,但不可能自发地朝着相反的方向进行。克劳修斯说,热量可以从温度高的物体自发传递到温度低的物体,但不能从温度低的物体自发传递到温度高的物体。
但是,通过反向循环的方式,可以使热量从低温物体流向高温物体。空调就是那样。热的反向循环是消耗机械能(工作)将热从低温物体传递到高温物体的循环。逆环过程外部对系统工作,系统释放热量。(你发现了什么?),一般用于冰箱,冰箱和空调是比较常见的应用。
空调室内机
根据循环的目的,可以分为制冷循环和加热循环。
空调室外机
那么,空调在原来室内、外部温度相同的条件下,如何制造温差(室内冷却效果)?
原理
空调的实现运用了水状态变化的原理:液体汽化吸热(沸腾吸热)、气体液化发热(冷凝发热)。把酒精擦到皮肤上时会感到冷,这就是酒精蒸发吸收皮肤热量的汽化吸热。高压锅排气口喷出的水蒸气在不小心碰到手的时候会迅速液化,短期内不释放大量热量会导致手的烧伤。这是液化散热。空调大致由室外机和室内机组成,两者之间用特制管道(通常是金属铜)连接,形成闭合电路,该电路有制冷剂,以前的制冷剂大部分是氟利昂。氟利昂泄漏破坏了臭氧层,被其他制冷剂取代。
第一阶段:蒸发吸热
制冷剂的沸点很低,液体制冷剂从管道通过室内机的蒸发器吸收室内的热量蒸发到气体中,因此成为蒸发器的壁——铜管(铜管)温度
会急剧下降为一个低温源,室内机内部的风扇吹出的风经过蒸发器温度下降,就形成了空调吹出的冷风。另外,在室外通过塑料管排出地断断续续的冷水滴就是室内机中蒸发器表面冷凝的水珠(类似于刚从冰箱里拿出一瓶啤酒,冰冷的瓶壁会不断有液化的水珠)。图片引用自“钛科普”
步骤二:冷凝放热
经过蒸发器吸收热量变成气态的冷凝剂在流经室外机的过程中会经过一个压缩机,将气态的冷凝剂压缩成液态,因为液化放热,持续液化的冷凝剂在室外机的冷凝器中不断放热,再由室外机中的风扇将冷凝器中的热量加速排出,形成一股热风,这就是我们为什么经过空调室外机的风扇时被吹到的是热风。
至于气态的冷凝剂在加压时变成液体是因为液体沸点与压强有关:压强越大,沸点越高,压强越小,沸点越低。这也是为什么高压锅可以更容易煮熟东西的原因。气态冷凝剂加压后其处于液态时的沸点升高,进而冷凝剂回到液态状态。
经过冷凝器液化放热的制冷剂回到室内机的蒸发器时需要通过一个叫做膨胀阀的装置(使液体压力下降的装置),即使是经过冷凝器液化放热,通过膨胀阀前的液态制冷剂温度仍然较高,“中温高压”的液态制冷剂经过膨胀阀后压力和温度均会下降,压力下降,制冷剂沸点就下降。这里补充一个知识点,膨胀阀出口出是一个狭小的通道,快速通过此处的冷凝剂温度会明显下降,(打个比喻,人张开嘴巴大口哈气时你的手能感受到呼出来的气是较温暖的,当你小口吹气时,吹出来的气的温度明显较低。)满足特定条件后,沸点下降的冷凝剂经过室内机的蒸发器后再次吸收室内的热量变成气态。到此,开始下一个循环。
补充一下,空调的制暖效果就是制冷循环的逆过程。
总的来说空调的制冷效果就是通过制冷循环来实现的,在封闭的制冷系统中使用一定量的制冷剂来反复压缩,冷凝,膨胀和蒸发,并在蒸发器中不断吸收热量并蒸发,通过冷凝器排出热量,从而冷却下来。
图片引用自“钛科普”
回到最初的问题,“可以用冰箱来代替空调,来调节室内温度吗?”,答案显而易见是不可能实现。空调可以使室内温度降低是因为将室内的热量转移到了室外,而冰箱并没有室外机排出热量,长时间打开冰箱门反而会增加其负载的消耗,使室内更加燥热。
从做功的角度去分析就知道,热力学第一定律指出:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。将室内看成一个孤立系统,驱动空调运转需要电能,电能驱动空调中的压缩机工作(电能转化为机械能),符合“热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和”中的“外界对它所做的功”,故“室内”这个热力学系统的内能是增大的,宏观上了表现为系统的温度增加(或者说空调的局部制冷效果是以某处产生更多的热为代价的),在室内使用冰箱来降温等价于将空调室外机放在室内,只会使室内的温度越来越高。
结论:冰箱无法像空调那样降低室内的温度,它只能让室内的温度升高,因此不能用冰箱来代替空调去调节室内温度。
备注:小编只是一个普普通通的业余科普爱好者,文章涉及的科学解答如有不妥之处还请谅解,并希望可以给我留言指正。
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