空調消耗1J的電能能使內能增加3J嗎?

張建緒

這一問題涉及熱學知識,對此問題的解決將有助于學生通過生活中的實例加深對熱力學定律的理解,體會學習物理的樂趣,提高應用所學知識解決生活中實際問題的能力。空調的基本原理是:在制冷時從室內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散發。冬天通過空調制熱,其原理圖如圖1所示,從室外的低溫熱庫吸熱Q₂傳送到室內的高溫熱庫,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第二定律。這個過程不是電能直接轉化為內能使房間內能增加,而是先從外界吸收熱量,再進行轉化的。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。因此空調消耗1J的電能使房間的內能增加3J是可能的。空調制熱時并不只是電能通過電阻絲轉化為內能,否則由能量守恒定律知消耗1J的電能不可能使房間內能增加3J。

空調有一個參數叫“能效比”,具體而言就是一臺空調消耗一千瓦的電功率產生多少千瓦的制冷熱功率。例如,一臺1.5kW空調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到1∶1,即消耗1千瓦的電功率,產生1千瓦的熱功率。空調在所有制熱產品中的能效比最高,可以達到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,所以空調既節能又省電。

空調能效比標識是國家強制標準,把空調能效比分為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,是市場上最節能的產品;2級為3.2;3級為3.0;4級為2.8;而5級為2.6,是市場準入門檻。一般地,空調的能效比等級越高制冷效果越好,節能效果越明顯,這不僅僅是對個人電費支出的節省,也是對創建“節約型社會”作出的貢獻。

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

(欄目編輯羅琬華)