Холодильник

Хотя обратимость циклов в тепловой машине использовалась во многих рассуждениях и теориях, очень долго никому не приходило в голову, для чего может понадобиться на практике тепловая машина, которая работала бы в обратном направлении. Почему-то идея комнатного холодильника возникла сравнительно недавно. Комнатный холодильник, набитый льдом, появился в квартирах лишь в середине прошлого века, а электрический холодильник, который стоит сейчас почти в каждой кухне, появился в продаже лишь в первых десятилетиях нашего века.

Если оставить в стороне конструктивные соображения, то холодильник работает по тому же принципу, что и тепловая машина, только все операции проводятся в обратном порядке. Цикл С заменен на цикл С^-1 (рис. 23) .

Рис. 23 Цикл холодильника

При изотермическом расширении на этапе гв количество теплоты ΔQ₂ от холодильника переходит к охлаждающемуся газу. Дальше газ адиабатически сжимается до давления, отвечающего точке б, в которой газ вступает в контакт с нагревателем (комнатой) и где он в процессе изотермического сжатия до точки а передает нагревателю (в действительности - просто воздуху комнаты) количество теплоты ΔQ₂ На это затрачивается работа. На последнем этапе газ адиабатически расширяется и "возвращается" в точку в. В холодильном цикле на участке вба работает компрессор (в прямом цикле это был цилиндр с поршнем, который служил источником работы). Вместо компрессора в старых холодильниках давление газа повышалось нагреванием, после нагревания газ вытекал, расширяясь, в практически пустой сосуд. При расширении его температура уменьшалась.

Комнатный холодильник охлаждает продукты и нагревает комнату. Когда-то, когда холодильники только входили в быт, рекламировалась электрическая плита, которая поворотом рукоятки превращалась в холодильник. Была ли эта плита удобна и хороша, неизвестно, но она прекрасно демонстрировала основную идею обратимого цикла Карно.

Для холодильника не очень просто определить величину, подобную коэффициенту полезного действия у тепловой машины. На диаграмме TS (рис. 24) видно, что от холодильника отнимается количество теплоты ΔQ₂, а нагревателю отдается количество теплоты А (Л; избыток пополняется работой, совершаемой компрессором. Эту работу, казалось бы, можно сделать сколь угодно малой, если бы разность температур нагревателя и холодильника также была бы достаточно малой. Однако на практике нагреватель задан. Температура нагревателя - это температура комнаты. Ясно, что в очень холодной комнате охладить продукты легче, чем в жарко натопленной, и, в зависимости от условий, затраченная работа может сколько угодно превышать количество отобранного тепла, как это легко видеть на рис. 25.

Рис. 24. Работа холодильнику (не обязательно цикл Карно)

Рис. 25. Эффективность холодильника

Отношение величины отобранного у холодильника количества теплоты к величине произведенной работы, которое характеризует эффективность холодильника, может быть очень малым, если холодильник лишь слегка понижает температуру, но может быть и сколь угодно большим, если требуемая разность температур должна быть большой. Вряд ли стоит называть величину, которая может иметь любые значения от нуля до бесконечности, коэффициентом полезного действия. Ее принято называть эффективностью.