ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ*

Урок № 5

Тема. Холодильная машина. Лабораторная работа «Изучение принципа действия холодильной машины»

Цель: изучить принцип действия холодильника; развивать логическое мышление, умение анализировать, делать выводы; понимать значение конкретных физических открытий в повседневной жизни; воспитывать умение самостоятельно добывать знания, понимать практическую направленность изучаемого материала.

Тип урока: урок совершенствования и контроля знаний.

Я использую свои знания

И признаю их важность.

Я вкладываю свое понимание

И чувствую себя причастным.

Китайская пословица

ХОД УРОКА

I. Актуализация опорных знаний учащихся

1. Привести примеры обратимых и необратимых процессов.

2. Какие процессы называются круговыми или циклическими?

3. Сформулировать второй закон термодинамики.

4. Не противоречит ли второй закон термодинамики работе холодильника?

II. Изучение нового материала

Мотивация учебной деятельности

Обычный домашний холодильник представляет собой странное устройство: он передает тепло от менее нагретого тела (холодных продуктов в камере) более нагретому (воздух в комнате). То, что холодильник охлаждает продукты, известно всем, а вот то, что он при этом также нагревает воздух на кухне, знает далеко не каждый. Однако убедиться в этом несложно. Прикоснитесь к тонких трубок на задней стенке холодильника - они горячие. Несложно заметить также, что сам по себе холодильник не работает: его нужно подключить к электрической сети.

Как работает холодильная машина, мы и выясним сегодня на уроке, выполнив лабораторную работу.

Работа с научным текстом

Рассмотрим принцип действия так называемого компрессионного холодильника, примером которого может быть широко распространен бытовой холодильник. Как рабочее тело в нем используют фреон. Фреоном заполнена система конденсатора и испарителя. Компрессор, который приводится в действие электродвигателем, откачивает газообразный фреон из испарителя и нагнетает его в конденсатор. При сжатии фреон нагревается. Охлаждения его до комнатной температуры происходит в конденсаторе, расположенном обычно на задней стенке холодильного шкафа.

Охлажденный до комнатной температуры за повышенного давления,созданного в конденсаторе с помощью компрессора, фреон переходит в жидкое состояние. Из конденсатора жидкий фреон через капиллярную трубку поступает в испаритель. Откачка паров фреона из испарителя с помощью компрессора поддерживает в нем пониженное давление.

В случае пониженного давления в испарителе жидкий фреон кипит и испаряется даже при температуре ниже 0 °С. Энергия на испарение фреона отбирается от стенок испарителя, вызывая охлаждение их. Откачана пара фреона поступает в кожух компрессора, откуда опять идет в конденсатор и т.д. по замкнутому кругу.

Самая низкая температура, которую можно достать в испарителе (морозильной камере), определяется значением давления паров фреона, поскольку температура кипения фреона, как и любой другой жидкости, снижается со снижением давления. В случае постоянной скорости поступления жидкого фреона из конденсатора в испаритель через капиллярную трубку давление паров фреона в испарителе будет тем ниже, чем дольше работает компрессор. Если нет необходимости снижать температуру в испарителе до предельно возможного значения, то компрессор периодически останавливается путем выключения электродвигателя, который приводит его в действие. Компрессор включается автоматическим устройством, поддерживающим в холодильном шкафу заданную температуру.

Итак, холодильник также является тепловой машиной, принцип действия которого основывается на обратимости цикла тепловой машины. Холодильная машина работает как тепловой насос: она передает теплоту от холодного тела к более нагретому. Это не противоречит второму закону термодинамики, поскольку охлаждение происходит за счет выполнения работы.

Принцип действия холодильной машины

Чтобы холодильную машину привести в действие, необходимо над рабочим телом выполнить работу.

Тогда нагрівнику будет передаваться большее количество теплоты, чем відбиратиметься в охладителя: |Q1| = |Q2| + A. Таким образом, температура охладителя Т2 еще больше снижаться, а температура нагревателя Т1 повышаться.

Эффективность холодильной машины характеризуется отношением количества теплоты Q2, отобранной в тела, выполненной при этом работы А: ε = Q2/A. Этот коэффициент может быть больше 1. Он зависит от разницы температур нагревателя Т1 и охладителя Т2. В реальных холодильников коэффициент ε > 3.

III. Закрепление изученного материала

• Используя план изучения физического устройства, выяснить устройство и принцип действия холодильной установки.

• Дать ответы на контрольные вопросы:

1. По какому принципу работает холодильная машина? В чем ее отличие от тепловой машины?

2. Какие газы используют как рабочее тело холодильников?

3. Изобразить схематично принцип работы холодильника.

4. Вследствие чего охлаждается испаритель?

5. Как определяется эффективность холодильной машины?

6. В жаркий летний день домохозяйка открыла дверцу работающего холодильника, чтобы охладить воздух в комнате. Смогла ли она добиться желаемого результата? Почему?

IV. Итоги урока

«Микрофон». Ученики продолжают предложение:

На уроке я:

- узнал...

- понял...

- научился...

V. Домашнее задание

1. Проработать соответствующий параграф.

2. Подготовиться к семинару по теме «Роль тепловых двигателей в народном хозяйстве. Экологические проблемы, связанные с их использованием».