冷蔵庫

機械式冷蔵庫または単に冷蔵庫は、熱機関の逆の原理で動作します。したがって、冷蔵庫は、特定の外部仕事の助けを借りて熱伝達プロセスを受けるデバイスです。クラウジウスは、冷蔵庫の機能に関する声明の中で、完全な冷蔵庫は単独では機能しないと述べています。つまり、冷蔵庫のシステムを操作するには、ある程度の作業を行う必要があります。成績係数は、低温源から放出される熱と冷蔵庫で行われる総仕事量との関係を示します。

機械式冷蔵庫

機械式冷蔵庫または冷蔵庫は、熱機関の逆の原理で動作する機械です。冷蔵庫は主に、冷凍庫である低温（低温）本体と、その周囲である高温（高温）部分で構成されています。

機械式冷凍機では、作業物質が一定量の熱 (Q2) を温度 (T2) で冷蔵室から放出し、一定量の外部仕事 W が冷蔵庫に作用し、熱(Q1) は温度 T1 で高温貯留層または周囲に放出されます。

冷蔵庫は蓄熱槽から熱を受け取り、冷蔵庫で作業が行われ、蓄熱槽に熱が放出されます。数学的に、周囲または蓄熱体で放出された熱の表現は、

Q2+ W=Q1

冷蔵庫は次の手順を経ます:

手順が初期状態に戻り、1 サイクルが完了します。

ヒートポンプ

ヒートポンプは、機械式冷蔵庫と同じ機械です。

冷蔵庫とヒートポンプの違いは、デバイスの目的によって異なります。

冷蔵庫を使用する目的がシステムの一部を冷却することである場合 (たとえば、周囲温度が高いリザーバーなど)、そのデバイスは冷蔵庫と呼ばれます。

一方、装置の目的がシステムの一部に熱を送り込むことである場合、その装置はヒート ポンプと呼ばれます。

冷蔵庫の性能係数

W 量の仕事が行われている冷蔵庫システムを考えてみましょう。Q2 が低温リザーバーによって生成された熱量であり、Q1 が周囲で放出された熱量である場合、

Q1 =W + Q2

冷蔵庫の成績係数 (α) は、

α =Q2/W,

または、α =Q2/(Q2 – Q1).

冷蔵庫に関するクラウジウスの声明は、外部の仕事がなければ冷蔵庫は機能しないことを示しています。

解決済みの例

例 1:冷蔵庫は内部温度を 10°C に維持するように固定されています。室温が 34°C の場合、冷蔵庫の成績係数を計算します。

答え:

質問では、次の情報が与えられます:

冷蔵庫内の温度は、

T1 =10°C,

または、283 K

与えられた状況で、室温は

T2 =34°C、

または、307 K

成績係数 (α) は、

=T1/ T2 – T1

=283/(307-283),

α =11.79

したがって、この冷蔵庫の成績係数 (α) は 11.79 です。

例 2:冷蔵庫は内部温度を 8°C に維持するように固定されています。室温が 24°C の場合、冷蔵庫の成績係数 (α) を計算しますか?

解決策:質問では、次の情報が与えられます:

冷蔵庫内の温度は、

T1 =8°C,

または、281 K

与えられた状況で、室温は

T2 =24°C、

または、297 K

成績係数 (α) は、

=T1/ T2 – T1

=281/(297-281),

α =17.56

したがって、この冷蔵庫の成績係数 (α) は 17.56 です。

例 3:冷蔵庫は内部温度を -2°C に維持するように固定されています。室温が 40°C の場合、冷蔵庫の成績係数 (α) を計算しますか?

解決策:質問では、次の情報が与えられます:

冷蔵庫内の温度は、

T1 =-2°C,

または、271 K

与えられた状況で、室温は

T2 =40°C、

または、313 K

成績係数 (α) は、

=T1/ T2 – T1

=271/(313-271),

α =6.45

したがって、この冷蔵庫の成績係数 (α) は 6.45 です。

結論

冷蔵庫は、低温源から高温源への熱伝達プロセスを経るデバイスです。このプロセスを完了するために、冷蔵庫はシステム上で一定量の外部作業を行う必要があります。

クラウジウスの声明は、冷蔵庫は外部の仕事がなければ完全に機能しないことを説明しています。成績係数は、熱と行われた仕事の間の関係を示します。