熱力學定律

冷凍機

冷凍機(refrigerator)是倒著運轉的熱機:它不是讓熱由熱往冷往下流、再撈取功,而是用功強迫熱往上流——從冰冷的內部流到較溫暖的外部。若放著不管,熱絕不會自動由冷流向熱——那會違反第二定律——所以冰箱必須為這個逆向流動付出代價,消耗電能來驅動壓縮機。這就是為什麼你的冰箱要插電、以及為什麼它的背面摸起來是溫的。

在一個循環中,冷凍機從冷空間(食物冷藏室)吸收熱 Q_c,從電力供應吸入功 W,再把較大的一份熱 Q_h = Q_c + W 倒進房間。它的好壞不是用效率、而是用性能係數來評定,COP = Q_c / W:你每付出一焦耳的功,能從冷空間抽出多少熱。一台好冰箱的 COP 遠大於 1,意思是每用一焦耳的電,就搬動好幾焦耳的熱。

第二定律再次設下上限:在溫度 T_c 與 T_h 之間,最好的 COP 是卡諾值 COP = T_c / (T_h − T_c),它會隨著溫差拉大而縮小。這就是為什麼冷凍庫在炎熱的日子更吃力、以及為什麼把東西冷卻到很低的溫度會迅速變難。誠實的一點:冰箱並不消滅熱,而是把熱搬家——冰箱運轉時,整個廚房會變得更暖,而不是更涼。

一台冰箱用 W = 100 焦耳的電功,從內部移走 Q_c = 300 焦耳的熱。它把 Q_h = Q_c + W = 400 焦耳排到廚房,其性能係數為 COP = Q_c / W = 300 / 100 = 3。

功把熱從冷端泵到熱端;房間接收 Q_c 加上 W。

把冰箱門開著並不會使廚房變涼——反而會使它變暖,因為冰箱倒進房間的熱(Q_c + W)多於它從敞開的門移走的熱(Q_c)。

又稱
fridgerefrigeration cycle電冰箱