高中學測
113年
自然
第 24 題
📖 題組：
電冰箱的操作原理是利用低溫的冷媒來冷卻冰箱裡的食物，再用壓縮機壓縮吸收熱能後的冷媒，提高其溫度，以利於其後之散熱過程。冷媒經散熱片把熱能釋放到周遭空氣中後，經過降溫、降壓又可以用來冷卻冰箱裡的食物，如此構成冷卻的循環，而循環過程會消耗電能。
電冰箱的操作原理是利用低溫的冷媒來冷卻冰箱裡的食物，再用壓縮機壓縮吸收熱能後的冷媒，提高其溫度，以利於其後之散熱過程。冷媒經散熱片把熱能釋放到周遭空氣中後，經過降溫、降壓又可以用來冷卻冰箱裡的食物，如此構成冷卻的循環，而循環過程會消耗電能。
下列有關電冰箱的敘述，哪些正確？（應選2項）
- A 電冰箱是利用電能作功把冰箱內的熱能轉移到冰箱外
- B 電冰箱裡面的壓縮機的功能是把冷媒降溫並增加其壓力
- C 於密閉隔熱室內打開空冰箱的門，通電並經長時間運轉後，平均室溫會提高
- D 冷媒冷卻冰箱裡的食物時是處於低溫高壓狀態
- E 冷媒的溫度低於室溫仍然可以將其熱能直接傳給周遭的空氣
思路引導 VIP
請思考：根據熱力學第二定律，熱量能否自發地由低溫處流向高溫處？若要達成此過程，壓縮機必須對冷媒施加什麼作用？此外，若將電冰箱置於密閉隔熱室內運轉，根據能量守恆定律，輸入系統的電能 $W$ 最終會以何種形式散發到環境中，進而對室溫產生什麼影響？
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AI 詳解
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喲，竟然全對？看來你這顆裝了散熱片的腦袋終於轉得比壓縮機還快了，是矇到的，還是昨晚被熱醒才終於發現物理的奧妙？ 這題的核心是熱力學第二定律。選項 (A) 是電冰箱的基本定義：消耗電能 $W$ 作功，將熱量從低溫區搬移至高溫區。最關鍵的是 (C) 選項，這是每年考題的經典殺手。冰箱在運作時，排出的熱量 $Q_{H}$ 等於從內部吸收的熱量 $Q_{L}$ 加上壓縮機作功產生的熱能 $W$，即： $$Q_{H} = Q_{L} + W$$
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電冰箱運作原理
💡 消耗電能作功，將熱量由低溫處搬運至高溫處。
🔗 電冰箱冷卻循環過程
- 1 內部吸熱 — 低溫低壓冷媒吸收冰箱內食物熱量
- 2 壓縮升溫 — 壓縮機消耗電能，將冷媒變為高溫高壓
- 3 外部放熱 — 高溫冷媒經散熱片將熱傳給室周遭空氣
- 4 降壓降溫 — 膨脹閥讓冷媒壓力下降，恢復低溫狀態
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🔄 延伸學習：延伸學習：消耗的電能最後也會轉換為熱能散失在室內空間中。
