空調(diào)消耗1J的電能能使內(nèi)能增加3J嗎?

張建緒

這一問題涉及熱學(xué)知識,對此問題的解決將有助于學(xué)生通過生活中的實例加深對熱力學(xué)定律的理解,體會學(xué)習(xí)物理的樂趣,提高應(yīng)用所學(xué)知識解決生活中實際問題的能力?？照{(diào)的基本原理是:在制冷時從室內(nèi)吸收熱量傳送到室外排出,制熱時從室外吸收熱量傳送到室內(nèi)散發(fā)。冬天通過空調(diào)制熱,其原理圖如圖1所示,從室外的低溫?zé)釒煳鼰酫₂傳送到室內(nèi)的高溫?zé)釒?再散熱Q₁,這個過程要有電流做功的參與才能完成,因此并不違反熱力學(xué)第二定律。這個過程不是電能直接轉(zhuǎn)化為內(nèi)能使房間內(nèi)能增加,而是先從外界吸收熱量,再進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。散出的熱量Q₁可以大于電能做的功W,而不違反能量守恒定律。因此空調(diào)消耗1J的電能使房間的內(nèi)能增加3J是可能的。空調(diào)制熱時并不只是電能通過電阻絲轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,否則由能量守恒定律知消耗1J的電能不可能使房間內(nèi)能增加3J。

空調(diào)有一個參數(shù)叫“能效比”,具體而言就是一臺空調(diào)消耗一千瓦的電功率產(chǎn)生多少千瓦的制冷熱功率。例如,一臺1.5kW空調(diào)制冷時消耗的電功率是1147W,制冷熱功是3200W,制冷能效比(EER)就是3200/1147≈2.79。電熱絲的能效比只能達(dá)到1∶1,即消耗1千瓦的電功率,產(chǎn)生1千瓦的熱功率?？照{(diào)在所有制熱產(chǎn)品中的能效比最高,可以達(dá)到1∶3左右,即消耗1千瓦的電功率,能夠移動3千瓦左右的熱功率,所以空調(diào)既節(jié)能又省電。

空調(diào)能效比標(biāo)識是國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),把空調(diào)能效比分為5個等級,其中1級最高,5級最低。耗能分級用箭頭醒目地標(biāo)出,1級為墨綠色,箭頭最短,旁邊印有“耗能低”字樣;5級為大紅色,箭頭最長,旁邊印有“耗能高”字樣。其中,1級能效比為3.4以上,是市場上最節(jié)能的產(chǎn)品;2級為3.2;3級為3.0;4級為2.8;而5級為2.6,是市場準(zhǔn)入門檻。一般地,空調(diào)的能效比等級越高制冷效果越好,節(jié)能效果越明顯,這不僅僅是對個人電費支出的節(jié)省,也是對創(chuàng)建“節(jié)約型社會”作出的貢獻(xiàn)。

空調(diào)制熱、制冷主要是移動熱量。制熱時,將室外的熱量移到室內(nèi);制冷時,將室內(nèi)的熱量移到室外,工作過程不違反熱力學(xué)第二定律。消耗1J的電能可以使房間內(nèi)能增加3J,不違反能量守恒定律。

(欄目編輯羅琬華)