охолодження нагріванням

У природі термічна енергія мимовільно завжди переходить від більш нагрітих тіл до менш нагрітих. На практиці ж іноді необхідно провести зворотний процес, тобто перенести тепло від менш нагрітих тіл до більш нагрітих. Такий процес, наприклад, здійснюється в холодильнику. Там термічна енергія відбирається у охолоджуваних тіл і відводиться в навколишній простір, температура якого зазвичай 20-25 С. Однак такий процес вимагає витрати роботи. За принципом роботи холодильник - це тепловий двигун, що працює в зворотному напрямку.

Холодильник - звернений теплової двигун

Коротко розглянемо роботу холодильника. У холодильнику труби, проведені в обсязі, що підлягає охолодженню, наповнюються рідиною, що має низьку температуру кипіння і високу теплоту випаровування (наприклад аміак, фреон C2F2CI2 і ін.) Енергію, необхідну для випаровування, рідина бере з термічної енергії охолоджуваного обсягу, температура якого внаслідок цього знижується. Після встановлення заданої низької температури остання підтримується завдяки випаровуванню охолоджуючої рідини.

Внутрішня енергія пара більше, ніж внутрішня енергія відповідної рідини. У холодильнику процес охолодження здійснюється за рахунок того, що робоча речовина перетворює теплову енергію, відібрану з охолоджуваного об'єму, в енергію свого пара. Потім пара відводиться з охолоджуваного об'єму, сильно стискається в конденсаторі за допомогою компресорів, перетворюючись, таким чином, знову в рідину, яка повертається в охолоджуваний об'єм. Так закінчується один цикл процесу. З новим випаровуванням починається новий цикл і т. Д.

Тепло, звільнене при зріджуванні пара в конденсаторі холодильника, віддається в навколишній простір. Кількість цього тепла тим більше, ніж відібране у охолоджувальної камери, так як в тепло переходить і робота, необхідна для перенесення його до тіл навколишнього простору, що має більш високу температуру; віддається тут і то додаткове тепло, яке виникло в холодильнику через неминучою незворотності процесів. Отже, потрібно читав, що холодильник в той же час нагріває навколишнє середовище.

Чи не в кожному холодильнику є компресор. Є й такі, в яких енергія, необхідна для перенесення в навколишній простір тепла, відібраного від холодильної камери, поставляється не за допомогою механічної роботи, а через тепло. Робоча речовина холодильної машини (наприклад аміак) НЕ скраплюється тут під тиском, а розчиняється в воді і випаровується кип'ятінням. При кипінні тепло відбирається з навколишнього середовища (охолоджуваного обсягу) - це стадія охолодження. Навпаки, при розчиненні аміаку в воді звільняється тепло - на цій стадії робоча рідина нагріває навколишнє середовище. Це так звані абсорбційні холодильні машини.

Як можна узгодити той факт, що тепло переходить від холодільюй камери з низькою температурою в навколишній простір, маю-цеє вищу температуру, з загальним законом, відповідно до якого тепло саме по собі переходить тільки від більш нагрітих тіл до менш нагрітих?

Перш ніж відповісти на це питання, спробуємо для порівняння розібрати приклад з області механіки. Відомо, що під дією сили тяжіння всі тіла падають вниз, однак за допомогою сили тяжіння тіла можна піднімати вгору. Якщо до одного кінця троса, перекинутого через блок, прив'язати тіло, яке ми хочемо підняти, а до іншого - тіло більшої маси як противагу, то перше піднімається вгору, а противагу опуститься вниз. Це стало можливим в результаті того, що одночасно тіло великої маси опустилося вниз, витративши більше роботи, ніж необхідно для підняття вантажу. Якщо розглядати обидва тіла як єдину матеріальну систему, то її потенційна енергія зменшилася, так як центр ваги системи двох тіл тепер лежить нижче, ніж раніше. Таким чином, система як ціле під дією сили тяжіння опустилася, але одна частина її все ж піднялася. Роботу, необхідну для її підняття, зробила друга, що опустилася частина. Такі явища, коли в складних процесах на якихось етапах відбуваються зміни, що йдуть в напрямках, здавалося б протилежних загальним законам природи, зустрічаються не тільки в холодильних машинах або в механічних процесах, але і в інших випадках. Наприклад, в живих організмах відбувається побудова енергетично багатих з'єднань з бідніших. Синтез енергетично більш багатих речовин відбувається також і поза живим організмом. Виникнення енергетично багатих з'єднань здійснюється за рахунок зменшення енергії інших з'єднань, необхідна же для синтезу додаткова хімічна енергія може черпати і з іншого енергетичного джерела. Видно, що не дивлячись на однозначність основних законів природи, явища, а також штучно здійснювані людиною процеси, відрізняються великим різноманіттям. Для розуміння цих явищ, крім знань загальних законів природи, необхідно детально вивчити механізми різних енергетичних перетворень, причому одного тільки термодинамічної підходу явно недостатньо - потрібно проникнення в мікросвіт цих явищ. Адже термодинаміка має справу тільки з макроскопічно вимірюваним енергетичним балансом результуючого процесу, що складається з багатьох окремих проміжних процесів.