自制“制冷制熱系統(tǒng)簡化演示裝置”

張嘉雯　孫長平　韓江月　張?jiān)?/p>

【摘 要】自制“教學(xué)用制冷制熱系統(tǒng)簡化示裝置”主要是針對中學(xué)物態(tài)變換與熱力學(xué)的理論學(xué)習(xí)很難與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合到一起這一難點(diǎn)而設(shè)計(jì)制作的教學(xué)用演示教具。對空調(diào)、冰箱等家用電器的制冷制熱系統(tǒng)進(jìn)行最大程度上的簡化，并保留其良好的制冷制熱效果。教具擁有極好的演示效果，且操作十分簡單，可以使學(xué)生清晰直觀的了解空調(diào)等家用電器內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)作原理以及影響制冷制熱效果的各個(gè)原因。

【關(guān)鍵詞】溫度；簡化展示教具；物態(tài)變換；熱學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，離開物理實(shí)驗(yàn)就搞不好物理教學(xué)[1]，物理教師在授課時(shí)應(yīng)以演示實(shí)驗(yàn)、邊講邊實(shí)驗(yàn)等多種教學(xué)形式替代平鋪直述的理論講授來對學(xué)生進(jìn)行授課。演示教具設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生能夠直觀清晰地了解現(xiàn)代制冷制熱系統(tǒng)的應(yīng)用運(yùn)行原理以及制冷過程。以此更好地理解物態(tài)變化和熱力學(xué)系統(tǒng)能量裝換的原理和過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)，真正意義上將其與現(xiàn)實(shí)生活和現(xiàn)代科技結(jié)合起來。針對傳統(tǒng)教學(xué)過程中很難深刻理解制冷制熱系統(tǒng)原理，我們自制了“制冷制熱系統(tǒng)簡化演示裝置”，該裝置能將抽象的原理用事物實(shí)物化，該裝置在教學(xué)中能夠讓學(xué)生充分理解制冷熱系統(tǒng)的原理、具有操作簡單、直觀性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)效果明顯等優(yōu)點(diǎn)演示裝置，能夠很好地提高課堂效率，對深入理解新制冷熱系統(tǒng)的原理具有重要的意義。

1 裝置原理

系統(tǒng)裝置由4個(gè)基本部分即壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器組成[2]，制冷制熱原理圖見圖1。由銅管將四大件按一定順序連接成一個(gè)封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)充注一定量的制冷劑。一般的空調(diào)的制冷劑為氟里氨，以往通常采用的是R22，現(xiàn)在有些空調(diào)的氟里昂已經(jīng)采用新型的環(huán)保型制冷劑R407以上是蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)。工作系統(tǒng)的“心臟”壓縮機(jī)[3]吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氟里昂氣體壓縮成高高壓的氟里昂氣體，然后流經(jīng)熱力膨脹閥（毛細(xì)管），節(jié)流成低溫低壓的氟里氨汽液兩相物體，然后低溫低壓的氟里氨液體[4]在蒸發(fā)器中吸收來著室內(nèi)空氣的熱量，成為低溫的低壓的氟里氨氣體又被壓縮機(jī)吸入。室內(nèi)空氣經(jīng)過蒸發(fā)器后，釋放了熱量，空氣溫度降。如此 壓縮——冷凝——節(jié)流——蒸發(fā)[5]反復(fù)循環(huán)，制冷劑不斷帶走室內(nèi)空氣的熱量，從而降低了房間的溫度。制熱時(shí)，通過四通閥的切換，改變了制冷劑的流動(dòng)方向，使室外熱交換器成為蒸發(fā)器，吸收了室外的空氣的熱量，而室內(nèi)的蒸發(fā)卻成了冷凝器，將熱量散發(fā)在室內(nèi)，達(dá)到制熱的目的。

2 操作方法以及裝置實(shí)物圖

裝置實(shí)物圖見圖2。操作說明：將冷制熱系統(tǒng)的簡化展示教具電源接通，打開開關(guān)。壓縮機(jī)開始工作。靜候半分鐘左右。固定在銅管上的數(shù)值溫度計(jì)的數(shù)值就會(huì)開始發(fā)生變化。也可以用手觸摸壓縮機(jī)兩側(cè)的銅管，就會(huì)感受到冰涼和熾熱兩種溫度。注意銅管是暴露在外面。壓縮機(jī)工作時(shí)間久了制冷或制熱的效果特別明顯。切忌長時(shí)間觸摸銅管，以免被凍傷或者燙傷。

啟動(dòng)制冷制熱系統(tǒng)演示教具的開關(guān)后，冷凝器和蒸發(fā)器的溫度的變化可以直接體現(xiàn)其各部分的工作效果從而展現(xiàn)內(nèi)部制冷劑吸熱高壓液化、放熱降壓汽化等物理變化過程來實(shí)現(xiàn)制冷制熱效果。配備的數(shù)值溫度計(jì)直接顯示制冷制熱的效果溫度，更加方便老師演示，該儀器的操作非常簡單，是以最簡（下轉(zhuǎn)第11頁）（上接第12頁）化，易操作，便于觀察的模型的形式來提供教授了解這一過程的最好方法。

通過溫度傳感器直觀清晰的觀察到制冷制熱效果的同時(shí)，肉眼可見的能在制冷處觀察到結(jié)霜現(xiàn)象可見其工作效果并沒有因?yàn)楹喕蟠蛘劭?。而且設(shè)備整體體積小，也便于教學(xué)中搬運(yùn)講授。

3 總結(jié)

雖然空調(diào)與冰箱等家用電器在日常生活中的高頻率很高，但學(xué)生對其工作原理以及相關(guān)的物理知不能很好的理解，不能很好的將所學(xué)的物理知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活更好的結(jié)合起來。該演示裝置具有操作簡單、演示效果直觀、制作簡單等優(yōu)點(diǎn)，能夠使學(xué)生深刻的理解空調(diào)等家用電器內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)作原理以及影響制冷制熱原理。該裝置還可以通過對蒸發(fā)器冷凝器的形狀進(jìn)行一定的改變應(yīng)用于熱力學(xué)與溫度有關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)中，能夠使冷熱環(huán)境下的物理變換同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)生良好的對比效果。該教具可以讓學(xué)生對空調(diào)內(nèi)部制冷制熱原理有更加清楚地認(rèn)識(shí)和理解，能夠很好地幫助學(xué)生來理制冷制熱原理原理，可作為教具用于教學(xué)之中，能有效地輔助教學(xué)，提高教學(xué)效率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李新鄉(xiāng).張軍朋.物理教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[2]戴路玲.空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[3]吳業(yè)正.制冷壓縮機(jī)[M].北京；機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]張世軍，劉興旺.氣體分離膜在廢氣治理中的應(yīng)用[J].環(huán)境研究與監(jiān)測，2003（4）：412-413.

[5]王如竹.制冷原理與技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.endprint