بخشی از مقاله
تهويه مطبوع
دستگاه تهويه مطبوع درموقع كار دو عمل روي هوا انجام ميدهد:(1)حرارت هوارا (باتبريد) ميگيرد و باين ترتيب درجه حرارت هوا را پايين مي‌‌آورد ، و (2) رطوبت هوا را ميگيرد و هوا را خشك ميكند. دستگاه تهويه مطبوع هوا را سرد و خشك ميكند .
دستگاهاي تهويه مطبوع سالها است كه درساختمان‌هاي ملي، تآترها،سينماها،رستورانها، و منازل مورد استفاده قرار گرفته است. سالها پيش تعداد كمي از دستگاههاي تهويه مطبوعبراي اتومبيلهاي مسافري بكار رفت. ولي در سالهاي اخير كارخانجات اتومبيل سازي مهم، دستگاه تهويه مطبوع را بعنوان يكي از تجهيزات اتومبيل خود در اختيار عموم قرار داده‌اند.ما همگي با سرد كن الكتريكي يا يخچال الكتريكي آشنايي داريم. ما اين دستگاها را در منازل خود، رستورانها، اغذيه فروشيها و جاهاي ديگر مشاهده ميكنيم. دستگاه تهويه مطبوع چيز ديگري جز دستگاه س
ردكن يا تبريد نيستبا اين تفاوت كه يك سيستم براي جريان دادن هوا دارد.حال‌دستگاه‌تبريد را مورد مطالعه قرار ميدهيم.
روشهاي سرد كردن:
اگر يك قطه قطعه يخ را در دست بگيريد،دست سرد ميشود. علت اين امر آن است كه يخ حرارت دست شما را ميگيرد. بهمين ترتيب اگر مقداري آب يا الكل روي دست خود بريزيد و آن را فوت كنيد در دست خود احساس سرما ميكنيد. چرا؟ زيرا مايع بخار ميشود و حرارت را از دست شما ميگيرد. بهمين ترتيب، موقعيكه احساس گرما ميكنيم و عرق‌ميكنيم ، عرق بخار ميشود و حرارت را از بدن ماميگيرد، واحساس خنك شدن ميكنيم بنابرين براي خنك يك جسم بايد حرارت آنرا بگيريم.
1ـ سرد كردن با تبخير ـ
در عنوان 10 ملاحظه كرديم كه حرارت چيزي جز سرعت حركت ملكولها نيست. موقعيكه ملكولهاي يك جسم سريعتر حركت كنند آن جسم گرم ميشود. موقعيكه ملكولهاي جسم آهسته حركت كنند آن جسم سرد است در يخ ملكولها خيلي آهسته و در مسيرهاي محدود حركت ميكنند . ملكولها بهم ميآويزند و يخ منجمد را بوجود ميآورند. ولي اگر يخ را حركت دهيم ذوب ميشود، ملكولها سريعتر حركت ميكنند و از مسير محدود خود خارج ميشوند ، و يخ بصورت آب در ميآيد. حرارت دادن بيشتر به آب باعث جوش آمدن آن ميشود وقتي اين عمل اتفاق بيفتد ملكولها چنين سرعتي پيدا ميكنند كه از داخل آب بيرون ميپرند و آب بحالت بخار در ميآيد. موقعيكه مايعي را روي دست خود بگذاريد شروع به تبخير ميكند، بعبارت ديگر ملكولهاي تشكيل دهنده مايع ش
روع به ترك كردن دست شما ميكنند. البته براي بيرون پريدن بايد سررعت نسبتاً زيادي داشته باشند. البته بخودي خود نمي‌‌‌توانند تصميم بگيرند كه شروع به حركت سريعتر نمايند. به آنها بايد يك نيروي محركه داد. اين نيروي محركه از ملكولهاي پوست بدن شما به آنها داده ميشود. ملكولهاي پوست بدن نيز حركت ميكنند. ملكولهاي مايع و ملكولهاي پوست بدن كه هر دو در حال حركت ميباشند پيوسته باهم تصادف ميكنند. در ضمن اين برخوردها به تدريج از سرعت ملكوله
اي پوست بدن كاسته ميشود و به سرعت ملكولهاي مايع افزوده ميگردد. اين افزايش بسرعت به ملكولهاي مايع سرعت لازم را براي بيرون پريدن ميدهد، و مايع بخارميشود . ولي توجه داشته باشيد كه مل
كولهاي پوست بدن سرعتشان كم شده است. مفهوم اين عمل آنستكه پوست بدن خنك شده است (كم شدن سرعت ملكولها يعني پائين رفتن درجه حرارت).
2ـ سرد كردن با ذوب ـ
موقعيكه يك جسم جامدرا به مايع تبديل كنيم تأثير سرد كنندگي خواهد داشت مثلاً يخ در بسياري از موارد بعنوان ماده سرد كننده بكار مي‌‌رود موقعيكه يخ ذوب ميشود، مانند عمل داخل يخچال ، حرارت را از محيط اطراف خود ميگيرد،و به اين ترتيب محتويات داخل يخچال را سرد ميكند. در يخ، كه جامد ميباشد، ملكولها آهسته حركت ميكنند. اين افزايش سرعت بايد از ملكولهاي هوا كه يخ را احاطه كرده است بدست آيد يعني وقتي ملكولهاي يخ افزوده ميشود. بعبارت ديگر، هوا سرد و يخ گرم ميشود. هنگاميكه ملكولهاي يخ به اندازه كافي سرعت بگيرند، از مسير محدود خود خارج ميشوند. يخ ذوب ميشود و بصورت آب در ميآيد. اين تغيير حالت (از جامد به مايع) تأثير سردكنندگي بسياري دارد زيرا ملكولهاي هوا هنگام برخورد با ملكولهاي يخ مقدار زيادي از سرعت خود را از دست ميدهند.بخاطر داشته باشيد كه سرد‌‌‌كن يعني كم كردن سرعت ملكوله:
اطلاعات بيشتر در مورد تبخير ـ
نظر به اينكه دستگاههاي خنك كننده مورد استفاده در يخچال منازل و دستگاههاي تهويه مطبوع از روي اصول تبخير مايعات كار ميكنند بهتر است بيش از پيش درباره تبخير مطالعه كنيم. اگر ليواني را پر از آب كنيم و بتوانيم يك يا دو روز به آن نگاه كنيم ملاحظه خواهيم كرد كه با تبخير ترديجي آب سطح آب پائين مي‌‌رود .عمل تبخير را ميتوان با حرارت دادن آب تسريع كرد. موقعيكه حرارت بكار ميبريد سرعت ملكولي را زياد ميكنيد. ملكولها چابك‌‌‌‌‌تر ميشوند، بيشتر آنها بيرون ميپرند و از ليوان فرار ميكنند.اگر آب را تا (100 c) 212 f در كنار دريا حرارت دهيد ، شروع به جوشيدن خواهد كرد يعني، ملكولهاي آب با چنان سرعتي شروع به حركت ميكنند كه آب بشدت بهم
زده ميشود و عمل تبخير با سرعت زياد ادامه ميابد. ما ميتوانيم عمل تبخير را با قرار دادن ليوان آب در خلاء تشديد كنيم. خلاء همان طوريكه از موضوع 6 بخاطر داريم عبارتست از فقدان هوا يا ماده ديگر همانطوريكه در بالا ملاحظه شد، در حين تبخير آب ملكولهاي آب پيوسته سرعت ميگيرند تا آب را ترك كنند.با بودن هوا در بالاي آب ، بعضي از ملكولهاي آب با ملكولهاي هوا برخو
رد ميكنند. در نتيجه بداخل آب پس زده ميشود (شكل 1ـ20).ولي اگر هوا در بالاي آب وجود نميداشت اين اتفاق نمي‌‌‌‌‌افتاد. بنابراين راندن هوا، تبخير آب تشديد خواهد شد.
شكل 1ـ 20 يك ليوان آب در حال تبخير .ملكولهاي آب (دايرههاي توخالي) و ملكولهاي هوا(دايرههاي تو پر) خيلي بزرگ نشان داده شده است. بعضي از ملكولهاي آب كه با ملكولهاي هوا برخورد ميكنند ممكن است بداخل ليوان آب برگردند.براي بيرون آوردن هوا از اطراف ليوان، ميتوا
خلائي هواي داخل ظرف را بيرون كشيد.موقعيكه اين عمل اتفاق بيفتد، آب با سرعت خيلي بيشتر بخار خواهد شد. با اين حال اگر پمپ خلاء از كار بيفتد، سرعت تبخير دوباره كاهش مييابد.
شكل 2ـ 20 ليوان آب را در داخل يك ظرف آب بندي شده قرار دادهايم موقعيكه هواي ظرف را با پمپ بيرون بكشيم تبخير آن افزايش ميابد.علتش اينستكه فضاي اطراف ليوان تقريباً
از ملكولهاي آزاد آب با ملكولهائي كه آب را ترك ميكنند و بعضي از آن بداخل آب برميگردند. پس از مدتي فضا بقدري از ملكول آب اشباع يا پر ميشود كه با بيرون پريدن يك ملكول از آب، ديگر بداخل آببرميگردد. بعبارت ديگر، تبخير متوقف ميگردد. ولي اگر پمپ خلاء دوباره روشن وق تبخير مايع بستگي بمقدار حرارتي كه به آن داده ميشود و مقدار فشار يا خلائيكه در بالاي آن ايجاد ميشود دارد. موقعيكه خلاء شديد باشد، ملكولهاي آزاد كمي وجود خواهد داشت كه راه فرار ملكولهاي آب را بگيرد. ولي وقتي خلاء كاهش يابد، ملكولهاي آزاد بسياري براي گرفتن راه فرار ملكولهاي آب موجود خواهد بود.
تأثير فشار در تبخير ـ
اگر پمپ خلائ را معكوس كنيم و ملكولهاي آزاد آب را بداخل ظرف در بسته برگردانيم در داخل ظرف فشار توليد ميشود. اين عمل نتيجه بسيار جالب توجهي خواهد داشت .زيرا، در شرايط معيني از افزايش فشار، ملكولهاي آب داخل ليوان برميگردند. اين چيزي است كه اتفاق ميا
فتد. با فرض فوق ملكولهاي آب فراواني در داخل ظرف در حال حركت هستند. برخوردهاي زيادي بين آنان بوجود ميآيد،ودر نتيجه، ملكولهاي بيشتري بداخل ظرف بر گردانده ميشوند وملكولهاي كمتري ليوان آب را ترك ميكند.عملاً، در چنين شرايطي، بخار آب تقطير ميشود آب روي سطح داخلي ظرف مي‌‌‌نشيند، بعبارت ديگر تراكم و اجتماع ملكولهاي آب بقدري زياد ميشود (با لها بصورت توده‌‌‌‌‌‌‌هائي بهم ميچسبند (در اثر برخورد بهم ميچسبند). اين توده‌‌‌‌ها بصورت قطرات آب در سطح داخلي ظرف نمايان ميشود.
حرارت و فشارـ بدست ميآيد، همانطوريكه تاكنون تحت عنوان 10 و11 گفته شده است افزايش فشار موجب افزايش حرارت ميشود. هر وقت يك گاز مانند هوا يا بخارآب در معرض فشار قرار گيرد، ملكولهاي بهم نزديكتر ميشوند. برخورد ملكولها به يكديگر زياردتر ميشود، و در اثر افزايش برخوردها ، ملكولها سرعت بيشتري بخود ميگيرند.حركت سريعتر مفهومش بالا رفتن درجه حرارت ميباشد. بنبراين در آزمايشي كه در بخش قبلي تشريح شد ملاحظه خواهيم كرد كه درجه حرارت داخلي ظرف آب بندي شده افزايش مييابد. ملكولهاي آب سرعت بيشتري بخود ميگيرند.جدار داخلي ظرف تحت تأثير بمبادران اين ملكولهاي سريع السير‌‌‌‌تر قرار ميگيرند و بعبارت ديگر ظرف گرم ميشود. البته در بيرون ظرف هوا وجود دارد. ملكولهاي هوا ضمن حركت خود با اطراف با ملكولهاي سطح بيروني ظرف تماس پيدا ميكنند. نظر به اينكه ملكولهاي ظرف زيادتر شده، سرعت حركت ملكولهاي هوا نيز زياد ميشود. نظر باينكه ظرف خنك‌‌‌‌تر از بخار آب متراكم شده در ظرف ميباشد، سرعت ملكولهاي آب در اثر برخورد با جدار داخلي ظرف كاهش مييابد. در واقع سرعت بسياري از آنها بقدري كم ميشود كه ديگر بحالت بخار باقي نمي‌‌‌‌مانند، بلكه بصورت آب در ميآيد. بنابراين طبق آنچه قبلاً گفته شد بخار آب در داخل ظرف بحالت آب در ميآيد.
تبصره ـ
مبحث فوق درباره حرارت و انتقال حرارت تنها قسمتي از داستان است. حرارت بوسيله تشعشع يعني حركت انرژي حرارتي نيز منتقل ميشود. هر كتاب فيزيك مدرني داراي اطلاعاتي در اين زمينه ميباشد.
مايع شدن ـ
ذرات آب ممكن است روي يك سطح سرد نيز جمع شود. مثلاً همه ما ديده‌‌‌ايم كه چگونه ذرات آب روي سطح بيروني يك ليوان پراز آب جمع ميشوند. در يك روز دمدار بقدري ذرات آب روي سطح ليوان جمع ميشوند كه از آن سرازير ميگردد.در اينجا نيز همان عملي كه در قسمت خود بقدري آهسته حركت ميكنند كه فرار از سطح ليوان برايشان غير ممكن ميگردد.بنابراين اين ملكولهاي آب روي سطح سرد ليوان جمع ميشود، و بصورت قطرات آب ظاهر ميشود.
نقطه جوش ـ
آب در كنار دريا در (100 c) 212 f بجوش ميآيد. در نتاط مرتفع، جائيكه فشار هوا كمتر باشد (موضوع 5) ،نقطه جوش نيز پائين‌‌‌‌‌تر ميآيد. بدين ترتبي در قله پايك در ايالت كولورادوكه 14108 فوت ارتفاع دارد آب در 178 f بجوش ميآيد. علت اين امر آنست كه در فشارهاي كم مولهاي كمتري در هوا وجود دارد كه بخواهند ملكولهاي آب را بداخل ظرف برگردانند.ملكولهاي آب ميتوانند با سهولت بيشتري فرار كنند(آب ميتواند در درجه حرارت پائين‌‌‌تري بجوشد).هر چه فشار هوا روي آب كمتر باشد، آب در درجه حرارت پائين تري بجوش ميآيد. ما معمولاً عادت كرده‌‌‌ايم كه مايع جوشان را گرم تصور كنيم. البته اين يك تصور طبيعي است زيرا هر روز آب را ميجوشانيم و براي ما آب جوش گرمبوده است. البته بسياري از مايعات در درجات حرارتي بجوش ميآيد كه از نظر ما خيلي سرد
است. مثلا دياكسيدگوگرد(so2) حرارت 14f بجوش ميآيد ودر پائين تر از اين درجه حرارت بحالت مايع ميباشد اگر فشار روي آن را كم كنيم نقطه جوش آن پائين ميآيد. آمونياك خالص(نه محلول رقيق شده آن كه در كارهاي خانه‌‌داري استفاده ميشود) در درجه حرارت –28 f يا 28 درجه زير صفر (در فشار جو) بجوش ميآيد. ماده ديگر كه نقطه جوش آن پائين است فريون ـ 12 ،1يا دي كلرو
دي فلورومتان 2 ميباشد. اين ماده در –22f (در فشار جو) بجوش ميآيد. علت اينكه از فريون 12 نام برديم اينست كه اين ماده در بسياري از يخچالها و دستگاههاي تهويه مطبوع اتومبيل بكار رفته است. اين ماده خنككن ميناميم. هر ماده ديگري نيز كه در يخچال براي توليد سرما از طريق تبخير و مايع شدن بكار رود خنك كن ناميده ميشود.
تبريد ـ
تاكنون اصول تبريد را مورد بحث قرار دادهايم. تنها كاريكه بايد بكنيم اينستكه اين اطلاعات و اصول را بهم جمع ومربوط كنيم تا بدانيم كه يكدستگاه تبريد مدرن چگونه كار ميكند.با دانستن اين موضوع، بچگونگي كار دستگاه تهويه مطبوع اتومبيل نيز پي ميبريم.دستگاه تبريد در تهويه مطبوع اتومبيل درست مانند يك يخچال الكتريكي كار ميكند. در دستگاه تهويه مطبوع تنها يك دستگاه اضافي براي جريان دادن به هوا وجود دارد.
يك يخچال ساده ـ
با قرار دادن يك كوزه پر از ماده خنككن فريون 12 در بالاي يك محفظه در بسته (شكل 3 ـ20) ميتوان يك يخچال ساده درست كرد كه براي مدت كوتاهي كار خواهد كرد. توجه داشته باشيد كه دهانه كوزه در خارج از اطاقك سردخانه قرار دارد. نظر باينكه فريون 12 در درجه حرارت –22 f بجوش ميآيد، همين كه در اطاقك سردخانه گذاشته شود شروع بتبخير ميكند. عمل تبخير حرارت را از سردخانه ميگيرد، زيرا همنطوريكه تاكنون گفته شده است، موقعي كه يك مايع بحالت بخار در آيد مقداري حرارت ميگيرد. تنها جائي كه فريون 12 جوشان ميتواند از آن حرارت كسب كند اطاقك سردخانه ميباشد. بنابراين اطاقك را با گرفتن حرارت آن سرد ميكند.تا وقتي كه در داخل كوزه فريون 12 مايع وجود داشته باشد، عمل سرد كردن اطاقك ادامه مييابد.واضح است كه يخچال نشان داده شده در شكل 3 ـ 20 چندين عيب دارد. در مرحله اول، اين مقرون به صرفه نيست كه بگذاريم تمام ماده خنككن فرار كند.اين ماده گران است وبعلاوه رها كردن آن در فضاي منزل خطرناك است: ثانياً نظر باينكه فريون 12 در درجه –22 f بجوش ميآيد،ميكوشد كه درجه حرارت فضاي داخل اطاقك را تا اين درجه حرارت پائين ببرد و به اين ترتيب تمام غذاها يخ ميزند. براي برطرف كردن اين معايب، يخچال واقعي همين ماده را پيوسته مورد استفاده قرار ميدهيد.گاز يا بخار را ميگيريد و دوباره آن را بحالت مايع در ميآوريد. بعد مايع بداخل يك مخزن (يا كوزه مثال قبل) فرستاده ميشود تا بتواند دوباره بجوش آيد وبخار شود .اين عمل كم وبيش ادامه مييابد ،وكنترل ميشود تا ماده خنككن بطور ناگهاني و سريع بجوش نيايد و سرماي زيادي بوجود نياورد.
كار يخچال
براي استفاده هميشگي از ماده خنككن و هم چنين كنترل آن براي توليد درجه حرارت معين از دستگاه سرد كننده بسته استفاده ميشود (شكل 4 ـ 20).((كوزه)) يا تبخير ك
نند:در داخل محفظه يخچال قرار دارد، بوسيله دو لوله بيكدستگاه پمپ كه توسط يك موتور الكتريكي بحركت در ميآيد (در اتومبيل اين پمپ توسط موتور به گردش در ميآيد) متصل ميگردد. ضمناً در داخل اطاقك يخچال
