电冰箱降低其内部温度时,原理和你吹气是一

想象一下：你把黄油碟从烤面包机上移走，此时黄油正要开始融化。不一会儿，面包圈切片从烤面包机中弹出，烤得恰到好处，堪称完美。虽然你很想慢悠悠地喝杯咖啡放松一下，但你知道今天不可以这样。于是，你给自己倒了一杯橙汁，然后一边听播客节目，一边迅速吃早餐。智能手机的日程提醒功能发出蜂鸣声，告诉你距离和医生约好的时间还有一小时。你清理餐盘、冲洗装橙汁的玻璃杯和装咖啡的马克杯，再把这些餐具全部放入洗碗机中。之后，你把装橙汁的瓶子和剩下的黄油放回冰箱。烤面包机运用了热力学第一定律，因为电流通过导线时做的功被转化成热。而热力学第二定律则告诉我们当上述过程反向发生时，将会面对怎样的限制条件。这个反向过程就是用热来做功，冰箱正是靠这样的原理来工作的。一般来说，在出现基础科学研究的结果后，人们才会把这些研究结果应用到实践中。但是，热力学的发展却颠覆了这一规律：我们先有了蒸汽机（却并不理解蒸汽机背后的科学原理），并产生了提高蒸汽机效率的愿望，然后科学家们才发现了蒸汽机背后的基本物理学原理。发动机能把随机的热转化成有用的功，比如内燃机可以燃烧汽油来做功；而电冰箱可以被看作一个反向运转的发动机，它的工作原理是通过做功来减少系统中的热量。如果你想让一杯热咖啡快点儿冷却，那么你也许会对着咖啡吹气。其实电冰箱在降低其内部温度的时候，用到的是和吹凉咖啡同样的物理学原理：蒸发散热。让我们假设，清早你想喝杯咖啡，可是咖啡太烫，入不了口。温度这一指标度量的是咖啡分子的平均动能。也就是说，在一杯咖啡里，有些分子的动能小于平均动能，也有些分子的动能大于平均动能。某些分子的动能甚至大到足以产生“态”的变化，即从液态变成气态，形成热咖啡散发的蒸汽。当你对着一杯咖啡吹气的时候，你可以把这些动能较大的气态分子从杯口赶走，让它们无法再变回液态，也无法把状态变化产生的能量传回液体中。因此，这个系统中所有分子的平均动能下降，咖啡的温度也就降低了。电冰箱基本上依靠同样的原理工作，只不过电冰箱使用的液体并不是咖啡。过去，电冰箱使用氟利昂来制冷，但现在氟利昂已被一种新型制冷剂——四氟乙烷所代替。冰箱中有一个电动机，它通过驱动机械泵运转使液态制冷剂流过一根很细的金属管。我们知道，金属是热的良导体（金属中大量的自由电子不仅能够传输电流，也能够传递能量），金属管能够保证液体制冷剂和冰箱壁之间充分发生热交换。在机械泵的驱动下，液体制冷剂经过一个膨胀阀，从一个细管进入一个较大的空间，在那里发生从液态到气态的转化。要想让某种物质从液态变为气态，就必须为这种物质提供能量（比如把水烧开）。为了完成蒸发的过程，咖啡的蒸汽会从剩下的液体咖啡中吸取能量，四氟乙烷则从冰箱内壁吸收热量。在冰箱中，液态制冷剂会经过一系列S形的管道。管道之所以设计成这种形状，是为了让管道与冰箱内壁接触的表面积最大化。和冷藏室相比，冷冻室的S形管道更密集，可以从冰箱中吸收更多的热量，从而保证冷冻室的温度比冷藏室更低。制冷剂从冰箱中吸收的热量就储存于气态制冷剂中，我们该如何处理这些能量呢？为了重复上述制冷过程，并让冰箱内始终保持冰冷，机械泵再次将气态制冷剂压缩为液态。制冷剂从液态变成气态时，会从冰箱内壁吸收热量；而制冷剂从气态变回液态时，又会释放出热量。因为驱动机械泵需要消耗能量，所以维持冰箱运转也有能量损耗。这个封闭系统的管道位于冰箱的后部，一般靠近墙壁放置，因此热量不会回到冰箱内部。当冰箱的温度传感器判断冰箱内部已经达到设定温度时，机械泵将停止工作。不管是冷冻室还是冷藏室，冰箱门封条都会向其泄漏热量，但是人们已经用更好的材料和更先进的工程技术提高了冰箱门封条的质量。如果你长时间打开冰箱门检视冰箱内部的物品（或者思考宇宙的某个复杂原理），冰箱内部就会开始升温，此时你会听到冰箱压缩机再次启动的声音。

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hykz/7700.html