制冷系数的测定.docx

制冷系数的测定制冷系数的测定长期以来，热学实验始终是物理实验中的一个薄弱环节，学生对许多热学知识，往往仅限于书本中所学到的深度。本实验通过应用热学知识广泛而又实际的电冰箱，将一些热学基本知识，如热力学定律；等温、等压、绝热、循环等过程；以及焦耳-汤姆逊实验等，做了综合性应用，使学生在加深对热学基本知识理解的同时，得到一次理论与实际，学与用相结合的锻炼。一、 实验目的1培养学生理论联系实际，学与用相结合的实际工作能力。2学习电冰箱的制冷原理，加深对热学基本知识的理解。3测定电冰箱的制冷系数。二、 实验原理1.制冷的理论基础制冷机：将热量从低温源不断输送到高温源，从而获得低温的机器。我们常使用的电冰箱就是一个制冷机。热力学第二定律指出：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。通俗的讲，就是低温源不会自动将热量传递到高温源。如果要使热量从低温源传到高温源，必须要有外界对系统做功。 如图一，Q2为低温源放出的热量，为外界对系统作的功，Q1为高温源吸收的热量，三者关系为：Q1=Q2+W2制冷系数我们定义制冷系数为=Q2/W可见，当较大时，那么外界做比较小的功W，就可以使低温源吸出较多的热量Q2。从实用的角度说，越大越经济，比如说冰箱用较少的电，就可以获得很低的温度。理想气体的卡诺逆循环，制冷系数可表达为：=-1其中，T1和T2分别为高温源和低温源的温度。3制冷方式制冷可利用熔解热、升华热、蒸发热、帕尔帖效应等方式。我们用的是蒸发制冷。蒸发是液体分子经液面转移到气态的过程。当液体分子离开液面时，需克服液体分子的引力而做功，于是离开液面的分子总是那些热运动动能较大的分子。这样，蒸发的结果将使液体中分子的平均热运动的动能减小，从而使液体温度降低，这就是蒸发降温的原理。电冰箱是用氟里昂做制冷剂，当液体氟里昂在蒸发器里大量蒸发时，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的机器。利用蒸发制冷，工作物质必须经过气体液体气体的相变，不能用理想气体。4真实气体的等温线如图二，图中右上角的那条等温线为双曲线，它和理想气体的等温线是一样的。随着温度降低（图中越往左下角，等温线表示的温度越低），等温线不再是双曲线，而是逐渐显现出一个横向平台的形状。我们以曲线ABCD为例进行简单分析：曲线的AB段表示气相；从BC，是一个由气相向液相转变的过程，线段BC上的点表示气液共存的状态，越靠近C点，液体成分越多，气体成分越少。到了C点，气体全部变成了液体，BC段既等温又等压。从CD一直往后都表示液相状态，由于液体不易被压缩，所以从图中可见，p虽不断加大，但v不变。四、实验内容测量压缩机功率、制冷量、制冷系数及其与温度的关系曲线。制冷量Q表示单位时间内制冷剂通过蒸发器吸收的热量，Q用热平衡方法测量。对冷冻室在制冷的条件下加热，当温度保持不变，这时加热器的加热功率P热即为制冷量Q 制冷系数：=Q2/W=Q/P机式中p机为压缩机的有功功率五、实验数据记录和结果：1.实验结果：温度/显示功率/W电压/V电流/A功率/W制冷量/W制冷系数-16.0 129100.15 67.081.5 0.02236 -14.9 131160.30 68.124.8 0.07046 -14.1 133200.49 69.169.8 0.14170 -12.9 135250.60 70.215.0 0.21368 从上表测量得到的数据可以看到：随着温度的降低，制冷系数减小。2.利用实验数据，进行画图从图可知，随着温度降低，压缩机修正功率、制冷量和制冷系数均减小。六、误差分析：（1）试验中功率显示的示数不稳定，以最小值为实验值本身存在误差（2）电压和电流的读数存在偶然误差（3）仪器本身精密度有限带来误差（4）试验中我们看到温度的示数一直有一个较大范围的波动，而且随着时间的增长，温度可能还会有降低，所以温度的测量本身存在误差七、注意事项1. 实验时，学生切勿搬动实验装置上的任何一部件和仪器背后的制冷剂充注阀，以免造成制冷剂泄漏而损坏仪器。2. 整个实验过程中必须一直打开搅拌器，以防止杜瓦瓶中液体结冰损坏实验仪器。3. 测量时，要等温度充分稳定后（可从冷冻室温度t0判断），再记录数据。八、思考题1、在一定温度下，随着被冷却液温度的降低，预计制冷机的制冷量和制冷系数是增加还是降低？为什么？答：制冷机的制冷量和制冷系数均降低。理想气体的卡诺逆循环，制冷系数可表达为=-1,T1为常数（室温），T2小于0时，随着温度下降，制冷系数减小。制冷量也会下降2、为什么测量时一定要使被冷却液温度充分稳定后才记录数？答：因为如果液体温度没有充分稳定，就说明加热功率和制冷功率没有平衡，导致PQ，测量结果就会出现错误。九拓展蒸发制冷主要用于空调和冰箱的制冷技术中。如果工作物质