文档介绍：冰箱模拟实验
本实验通过对电冰箱的研究,将一些热学基本知识,做了综合性应用,可使学生加深对
热学基本知识理解,并且得到一次理论与实际相结合的锻炼。
【实验目的】
(1)学习电冰箱的制冷原理,加深对热学基本知识的理解。
(2)测定电冰箱的制冷系数。
【实验原理】
1. 制冷原理
(1)制冷的理论基础。热力学第二定律的克劳修斯表述
:“不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的
变化”。因此必须通过某种逆向热力学循环,即外界对系统
做功,才能实现热量从低温物体传到高温物体的目的。
如图 1 所示,即
Q2=Q1-W (1)
电冰箱就是基于这一制冷基础理论之上,这样的系统称
制冷机。
(2)制冷的方式。电冰箱大多是用氟里昂作制冷剂,
当液体氟里昂在蒸发器里大量蒸发(实际是沸腾,但在图 1 热力学第二定律
制冷技术中习惯称为蒸发)时,带走所需的热量,从而达到制冷的目的,因此电冰箱是一种
利用蒸发热方式制冷。
(3)制冷剂氟里昂。氟里昂是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的统称。本实验中使
用的氟量昂— 12 ℓ 2 F2 ,国际统一符号为 R12, R12 不燃烧,不爆炸,但其蒸
汽遇到 800℃以上的明火时,会分解产生对人体有害的毒气,R12 的几个有关参数:
沸点(1atm) -℃凝固点(1atm)-155℃
临界温度 112℃临界压力
(4) 真实气体的等温线。制冷剂氟里昂
在循环过程中的状态变化遵循真实气体的状
态变化规律,其 P −V 图如图 2 所示。由图
2 可见真实气体的等温线并非都是等轴的双
曲线。如在 LM 部分,与理想气体的等温线
相似,在 M 点气体开始液化,在 M 到 N 点
的液化过程中,体积虽在减小,但压力保待
不变,是等压过程。其压力称饱和蒸气压,
至 N 点气体完全液化。等温线的 MN 部分为
饱和蒸汽和饱和液体共存的范围,但在 NO
部分,曲线几乎与压强轴平行,这反映了液
体的不易压缩性。随着温度的升高,气液共
存状态的范围从 MN 线段缩小为 M'N'线段,
而饱和蒸汽压增高,温度继续升高,等温线
的平直部分缩成一点,在P −V 图上出现一个拐点 K,称临界点,通过临界点的等温线称临
界等温线,在临界等温线以上,压强无论怎样加大,气体不可能再液化。
在 P −V 图上不同等温线上开始液化和液化终了的各点可以连成曲线 MKN, NK 的
左边完全是液体,NK 线称湿饱和液体线,以干度 X=0 表示,曲线 M K 的右边完全是气体
状态,MK 线称干饱和蒸汽线,以干度 X=1 表示(干度 X 表示气液共存区旦饱和蒸汽所占
的比例)。
(5)电冰箱的制冷循环。电冰箱的致冷循环如图 3 和图 4 所示。图 3 为循环示意图,
图 4 为在 P −V 图上表示的制冷循环过程。
图 3 制冷循环示意图图 4 制冷循环原理图
2. 制冷循环过程
从图 4 可见,电冰箱的制冷循环主要有 4 个过程:压缩机压缩 R12 蒸汽,使它的压力
由低增高成高温高压蒸汽;冷凝器(散热器)使高温高压蒸汽放热冷凝为中温高压液体;毛
细管使中温高压液体节流膨胀为低温低压气液混合体,并不断