空调消耗1J的电能能使内能增加3J吗?

张建绪

这一问题涉及热学知识,对此问题的解决将有助于学生通过生活中的实例加深对热力学定律的理解,体会学习物理的乐趣,提高应用所学知识解决生活中实际问题的能力。空调的基本原理是:在制冷时从室内吸收热量传送到室外排出,制热时从室外吸收热量传送到室内散发。冬天通过空调制热,其原理图如图1所示,从室外的低温热库吸热Q₂传送到室内的高温热库,再散热Q₁,这个过程要有电流做功的参与才能完成,因此并不违反热力学第二定律。这个过程不是电能直接转化为内能使房间内能增加,而是先从外界吸收热量,再进行转化的。散出的热量Q₁可以大于电能做的功W,而不违反能量守恒定律。因此空调消耗1J的电能使房间的内能增加3J是可能的。空调制热时并不只是电能通过电阻丝转化为内能,否则由能量守恒定律知消耗1J的电能不可能使房间内能增加3J。

空调有一个参数叫“能效比”,具体而言就是一台空调消耗一千瓦的电功率产生多少千瓦的制冷热功率。例如,一台1.5kW空调制冷时消耗的电功率是1147W,制冷热功是3200W,制冷能效比(EER)就是3200/1147≈2.79。电热丝的能效比只能达到1∶1,即消耗1千瓦的电功率,产生1千瓦的热功率。空调在所有制热产品中的能效比最高,可以达到1∶3左右,即消耗1千瓦的电功率,能够移动3千瓦左右的热功率,所以空调既节能又省电。

空调能效比标识是国家强制标准,把空调能效比分为5个等级,其中1级最高,5级最低。耗能分级用箭头醒目地标出,1级为墨绿色,箭头最短,旁边印有“耗能低”字样;5级为大红色,箭头最长,旁边印有“耗能高”字样。其中,1级能效比为3.4以上,是市场上最节能的产品;2级为3.2;3级为3.0;4级为2.8;而5级为2.6,是市场准入门槛。一般地,空调的能效比等级越高制冷效果越好,节能效果越明显,这不仅仅是对个人电费支出的节省,也是对创建“节约型社会”作出的贡献。

空调制热、制冷主要是移动热量。制热时,将室外的热量移到室内;制冷时,将室内的热量移到室外,工作过程不违反热力学第二定律。消耗1J的电能可以使房间内能增加3J,不违反能量守恒定律。

(栏目编辑罗琬华)