Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 14471
2020-11-28 
В неотапливаемом помещении работает холодильник с терморегулятором. В момент подключения холодильника к сети температура на улице, в помещении и в холодильнике была одинакова. Считая температуру на улице постоянной, изобразите приближенно на графиках, как менялась температура в помещении после включения холодильника. Рассмотрите три случая: 1) холодильник пуст; 2) заполнен продуктами; 3) дверцы холодильника открыты. Все три графика зависимости температуры от времени начертить на одном рисунке.
Решение:
Холодильная машина работает по принципу, обратным принципу работы тепловой машины: над рабочим телом - газом-агентом - выполняется определенная работа, а теплота передается от холодного тела к горячему. При этом горячем телу передается не только теплота, которая отбирается от холодного, но и количество теплоты, эквивалентное выполненной работе. В домашнем холодильнике (рис.) сжиженный газ-агент, испаряясь, забирает определенное количество теплоты от стенок испарительной камеры. Затем этот газ снова сжижается в конденсаторе, отдавая теплоту окружающему воздуху.
Если дверца холодильника открыта, то теплота отбирается от окружающего воздуха и передается конденсатором тому же воздуху в комнате. Воздух получает такое же количество теплоты, эквивалентное выполненной работе, и количество теплоты, которая выделяется в подведеных проводниках и в обмотке электродвигателя компрессора. Поэтому при открытой дверце холодильника температура в комнате будет непрерывно повышаться до тех пор, пока количество теплоты, поступающей в комнату, не сравнится с количеством теплоты, которая передается из комнаты на улицу. Терморегулятор при этом работать не будет. График изменения температуры в комнате показано на рис. сплошной линией.
Теперь рассмотрим изменение температуры в помещении при закрытом холодильнике. Сначала температура внутри холодильника (в холодильной камере) будет снижаться, а в комнате повышаться, причем несколько быстрее, чем в случае открытого холодильника, поскольку теперь теплота отбирается не от воздуха в комнате, а от воздуха, который находится в ограниченном объеме шкафа, и передается воздуху в комнате. Температура в комнате при этом может стать как выше $T_{1}$, так и ниже. Все зависит от интенсивности теплообмена между комнатой и улицей и от той температуры внутри холодильника, при которой срабатывает терморегулятор (то есть от времени работы холодильника до его выключения). Когда температура в холодильнике достигнет заданной, терморегулятор отключит холодильник от сети и температура внутри холодильника будет постепенно повышаться за счет теплообмена через стенки холодильника. Затем холодильник снова включится, температура в камере будет снижаться и так далее. График зависимости температуры внутри холодильника от времени изобразится точечной линией на рис.
Согласно колебаниям температуры в холодильной камере меняется и температура в комнате. Но поскольку в момент отключения холодильника от сети температура конденсатора выше температуры в комнате, то температура в комнате еще некоторое время повышаться, несмотря на то, что холодильник не работает. Затем температура в комнате снижается, пока холодильник опять не включится, и так далее. Если терморегулятор хороший, то есть он включает холодильник уже при незначительном повышении температуры внутри шкафа, то холодильник работает почти непрерывно.
Поскольку при этом из холодильника в комнату через стенки холодильника передается сравнительно небольшое количество теплоты, то холодильник выполняет незначительную работу. Температура в комнате начнет уменьшаться, стремясь к какой-то постоянной температуры (ниже, чем $T_{1}$). Если терморегулятор плохой, то холодильник отключается на длительное время, если теплообмен его с комнатой плохой, то на сравнительно короткое время, если этот теплообмен хороший. Этим определяются колебания температуры и то ее среднее значение, к которому стремится температура в комнате. Одна из кривых зависимости температуры в комнате от времени показана на рис. пунктирной линией.
Когда холодильник загружен продуктами, то растет как время, в течение которого холодильник включен, так и время, в течение которого он выключен. В соответствии с этим меняется и период колебаний температуры в комнате.
В неотапливаемом помещении работает холодильник с терморегулятором. В момент подключения холодильника к сети температура на улице, в помещении и в холодильнике была одинакова. Считая температуру на улице постоянной, изобразите приближенно на графиках, как менялась температура в помещении после включения холодильника. Рассмотрите три случая: 1) холодильник пуст; 2) заполнен продуктами; 3) дверцы холодильника открыты. Все три графика зависимости температуры от времени начертить на одном рисунке.
Решение:
Холодильная машина работает по принципу, обратным принципу работы тепловой машины: над рабочим телом - газом-агентом - выполняется определенная работа, а теплота передается от холодного тела к горячему. При этом горячем телу передается не только теплота, которая отбирается от холодного, но и количество теплоты, эквивалентное выполненной работе. В домашнем холодильнике (рис.) сжиженный газ-агент, испаряясь, забирает определенное количество теплоты от стенок испарительной камеры. Затем этот газ снова сжижается в конденсаторе, отдавая теплоту окружающему воздуху.
Если дверца холодильника открыта, то теплота отбирается от окружающего воздуха и передается конденсатором тому же воздуху в комнате. Воздух получает такое же количество теплоты, эквивалентное выполненной работе, и количество теплоты, которая выделяется в подведеных проводниках и в обмотке электродвигателя компрессора. Поэтому при открытой дверце холодильника температура в комнате будет непрерывно повышаться до тех пор, пока количество теплоты, поступающей в комнату, не сравнится с количеством теплоты, которая передается из комнаты на улицу. Терморегулятор при этом работать не будет. График изменения температуры в комнате показано на рис. сплошной линией.
Теперь рассмотрим изменение температуры в помещении при закрытом холодильнике. Сначала температура внутри холодильника (в холодильной камере) будет снижаться, а в комнате повышаться, причем несколько быстрее, чем в случае открытого холодильника, поскольку теперь теплота отбирается не от воздуха в комнате, а от воздуха, который находится в ограниченном объеме шкафа, и передается воздуху в комнате. Температура в комнате при этом может стать как выше $T_{1}$, так и ниже. Все зависит от интенсивности теплообмена между комнатой и улицей и от той температуры внутри холодильника, при которой срабатывает терморегулятор (то есть от времени работы холодильника до его выключения). Когда температура в холодильнике достигнет заданной, терморегулятор отключит холодильник от сети и температура внутри холодильника будет постепенно повышаться за счет теплообмена через стенки холодильника. Затем холодильник снова включится, температура в камере будет снижаться и так далее. График зависимости температуры внутри холодильника от времени изобразится точечной линией на рис.
Согласно колебаниям температуры в холодильной камере меняется и температура в комнате. Но поскольку в момент отключения холодильника от сети температура конденсатора выше температуры в комнате, то температура в комнате еще некоторое время повышаться, несмотря на то, что холодильник не работает. Затем температура в комнате снижается, пока холодильник опять не включится, и так далее. Если терморегулятор хороший, то есть он включает холодильник уже при незначительном повышении температуры внутри шкафа, то холодильник работает почти непрерывно.
Поскольку при этом из холодильника в комнату через стенки холодильника передается сравнительно небольшое количество теплоты, то холодильник выполняет незначительную работу. Температура в комнате начнет уменьшаться, стремясь к какой-то постоянной температуры (ниже, чем $T_{1}$). Если терморегулятор плохой, то холодильник отключается на длительное время, если теплообмен его с комнатой плохой, то на сравнительно короткое время, если этот теплообмен хороший. Этим определяются колебания температуры и то ее среднее значение, к которому стремится температура в комнате. Одна из кривых зависимости температуры в комнате от времени показана на рис. пунктирной линией.
Когда холодильник загружен продуктами, то растет как время, в течение которого холодильник включен, так и время, в течение которого он выключен. В соответствии с этим меняется и период колебаний температуры в комнате.
