分析實驗冰箱是怎樣工作的及其原理

冰箱是深刻改變了人類生活的現代奇蹟之一。現代發明創新層出不窮為我們的生活增光添彩，生活更便捷。在人們發明冰箱之前，保存肉類的唯一方法是醃製，而在夏季喝到冰鎮飲料更是一種奢望。另外，我們還要了解休閒車中常見的冷包裝、電子冷卻器和丙烷冰箱。冷藏和冰凍是如今最常用的兩種食品保鮮方式。
冰箱在生活中的作用很多，生活中，冰箱的基本作用是使食物保持低温。會因為低温有助於延長食品的保鮮時間。冷藏的基本原理就是減少細菌（因為所有食品都含細菌）的活動，使細菌需要用更長的時間才能使食品變質。例如，把牛奶放在廚房的枱面上，在室温下過兩到三個小時後，牛奶會因細菌作用而變質。當然，如果降低牛奶的温度，可以保鮮一到兩個星期。冰箱內的低温可減少細菌的活動，達到此保鮮效果。將牛奶冰凍可完全停止細菌活動，牛奶可保存幾個月。
其實冰箱的基本原理很簡單：冰箱利用液體蒸發吸收熱量。可能你注意到皮膚沾上水會感覺涼爽。水在蒸發時，會吸收熱量，使您感到清涼。擦拭酒精會感覺更涼爽，因為酒精的蒸發温度較低。冰箱中使用的液體（製冷劑）會在極低的温度蒸發，使冰箱內部保持冰凍温度。如果把冰箱的製冷劑放在皮膚上（這絕對不是個好主意），它在蒸發時會使皮膚凍傷。所有冰箱（或空調系統）都由五個基本部件組成：

操作方法

（01）冰箱的工作原理簡析：壓縮機壓縮製冷劑氣體。這將升高製冷劑的壓力和温度（橙色），而冰箱外部的熱交換線圈幫助製冷劑散發加壓產生的熱量。當製冷劑冷卻時，製冷劑液化成液體形式（紫色），並流經安全閥。當製冷劑流經安全閥時，液態製冷劑從高壓區流向低壓區，因此它會膨脹並蒸發（淺藍色）。在蒸發過程中，它會吸收熱量，發揮製冷效果。冰箱內的線圈幫助製冷劑吸收熱量，使冰箱內部保持低温。然後，重複該循環。

（02）實驗 1説明！您需要準備下列材料：一壺水 ，一支至少能測量125攝氏度的温度計 ，爐子在爐子上放一壺水，壺中插上温度計， 然後點燃爐子。您將看到（如果您地處海平面）水温逐漸上升至100攝氏度。此時，水開始沸騰，但水温保持在100攝氏度。此温度是水在海平面的沸點。如果您居住在山區，山上的大氣壓要低於海平面的大氣壓，水的沸點會較低，可能介於88至93攝氏度之間。這也是很多食品的包裝盒上印有“高海拔烹飪説明”的原 因。在高海拔地區，食品的烹飪時間要延長。

（03）實驗 2説明！您需要準備下列材料：烤箱適用的玻璃碗，一支至少能測量235攝氏度的温度計，一個烤箱在盛水容器中插好温度計，將容器放到烤箱裏，打開烤箱，將温度設為200攝氏度。隨着烤箱中的温度上升，水温再次攀升到100攝氏度，然後開始沸騰。雖然整個環境温度為200攝氏度，但水温仍保持在100攝氏度。如果您把水燒乾（假設温度計能測量該温度），則在水燒乾後，温度計測得的温度將驟升至200攝氏度。

（04）思考第二個實驗，就會得到一個非常有意思的結論：想象一下，某種生物能在200攝氏度的烤箱中舒適地生存。該生物認為200攝 氏度是最舒適的温度（就像人類感覺21攝氏度最舒適）。如果該生物生活在200攝氏度的烤箱中，烤箱中的一杯水在100攝氏度沸騰燒乾，那麼它對水的感覺如何呢？它會認為沸水非常冷。畢竟沸水比該生物認為舒適的200攝氏度低100攝氏度。這兩者的温差很大！目前現代冰箱都使用再生循環，重複利用同一製冷劑。結合上面的實驗，烤箱中的生物和那杯水，就能理解制冷劑的工作原理。烤箱中的生物按以下四個步驟可以創造再生循環：烤箱中的氣温為200攝氏度。杯中的水逐漸蒸發，水温保持在100攝氏度，但產生很多温度為200攝氏度的蒸汽。我們想象一下，該生物用一個大袋子收集這些蒸汽。當所有水蒸發完後，它把蒸汽加壓到鋼製容器中。在加壓過程中，蒸汽温度升高到427攝氏度，仍為蒸汽。現在，鋼質容器對於生物而言非常“熱”，因為容器中是427攝氏度的蒸汽。鋼質容器向烤箱中的空氣散發多餘的熱量，最終降回200攝氏度。在此過程中，容器中的高壓蒸汽液化為高壓水（就像打火機中的丁烷一樣，參見側欄）。此時，生物將鋼質高壓容器中的水倒入壺中，水立即開始沸騰，温度降至100攝氏度。

（05）那麼現在，通過重複這四個步驟，該生物可以重複利用這些水不斷地製冷。下面我們將説明這四個步驟如何體現在冰箱上。廚房的冰箱利用類似上文所述的循環。不過，在冰箱中，該循環是連續不斷的。我們假定下例所用的製冷劑為純氨，沸點為-32.78攝氏度。冰箱保持低温的原理如下：1)  壓縮機壓縮氨氣。對氣體（橙色）加壓時，壓縮氣體會發熱。2)  冰箱背面的線圈使熱氨氣散發熱量。氨氣在高壓條件下液化為液態氨（深藍色）。3)  高壓液態氨流經安全閥。您可以把安全閥想象成一個小孔。孔的一側是高壓液態氨。孔的另一側是低壓區（因為壓縮機從該側吸入氣體）。4)  液態氨會立即沸騰並蒸發（淺藍色），温度降至-32.78攝氏度。這使冰箱內部保持低温。壓縮機抽吸冷氨氣，不斷重複該循環。

特別提示

如果在炎熱的夏天打開汽車空調，然後停車，可能聽到過引擎蓋下發出嘶嘶的噪音。這個噪音是高壓冷凍液流經安全閥發出的聲音。純氨氣體的毒性很大，如果冰箱發生泄漏，會威脅人的生命安全，因此所有家用冰箱都不使用純氨。您可能聽説過CFC（氯氟化碳）製冷劑，它最初由杜邦在20世紀30年代研製成功，並作為氨的無毒替代品使用。CFC-12（二氯二氟甲烷）的沸點幾乎與氨相同。不過，CFC-12對人體無毒，可以安全地用在廚房中。很多大型的工業冰箱仍然使用氨。20世紀70年代，人們發現CFC會破壞臭氧層。因此，到20世紀90年代，所有新冰箱和空調都改用對臭氧層危害較小的製冷劑。