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電気冷蔵庫の動作原理

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お礼率 23% (4/17)

1、電気冷蔵庫の動作原理を熱力学的に教えて下さい。
2、カルノーの冷凍機Fの動作係数はどの様に求めるのですか?

どちらの質問でも結構ですから、わかる方は教えて下さい。
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レベル13

ベストアンサー率 64% (700/1089)

電気冷蔵庫に限らず,ヒートポンプ(熱を低温部から高温部へ汲み上げる装置)
の基本的概念は下図です.

      S_H Q_H  

      ∧  ∧   高温部(T_H)
      ┃  ┃
   ┌────────┐
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃━━│<━ エネルギー W
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   │  ┃  ┃  │
   └────────┘
      ∧  ∧
      ┃  ┃   低温部(T_L)

      S_L Q_L  

T_H (T_L) は高温部(低温部)の絶対温度.
Q は熱量,S はエントロピーです.
H と L は High temperature,Low temperature の意味.
熱は勝手に低温部から高温部へ流れることはありませんから,
外からエネルギーWを投入して無理矢理熱を流すことになります.

エネルギーの収支を見れば
(1)  Q_H = Q_L + W
エントロピーからは,理想的な逆カルノーサイクルの場合
(2)  S_H = S_L
ですが,
(3)  S_H = Q_H/T_H,   S_L = Q_L/T_L
と組み合わせせて,(1)(2)(3)から
(4)  Q_H : Q_L : W = T_H : T_L : (T_H-T_L)
が得られます.

冷蔵庫の話なら,T_L のところが冷蔵庫内部,T_H のところが室内です.
この場合は,冷蔵庫から汲み出せる熱量 Q_L が大事ですから
Q_L/W を動作係数というのが普通ですが,これは(4)から直ちに求められますね.
単位エネルギーを投入して,どれくらい冷蔵庫内から外へ熱を汲み出せるか,
ということです.
冷房も同じですね.
冷房なら T_L のところが室内,T_H のところが室外です.

ヒートポンプ暖房なら,
T_L のところが室外,T_H のところが室内です.
この場合は,室内に放出される熱量が大事ですから,
Q_H/W を動作係数というのが普通です.

なお,エネルギーも熱量もどちらも推奨単位はジュールです.
熱量に関しては昔の単位のカロリーが使われることもありますが,
数値を使って計算するときには単位を統一することをお忘れなく.
お礼コメント
koubou364

お礼率 23% (4/17)

詳しい説明、本当にありがとうございました。
投稿日時 - 2002-06-25 16:35:46
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