张嘉雯 孙长平 韩江月 张元源
【摘 要】自制“教学用制冷制热系统简化示装置”主要是针对中学物态变换与热力学的理论学习很难与现实生活结合到一起这一难点而设计制作的教学用演示教具。对空调、冰箱等家用电器的制冷制热系统进行最大程度上的简化，并保留其良好的制冷制热效果。教具拥有極好的演示效果，且操作十分简单，可以使学生清晰直观的了解空调等家用电器内部系统的运作原理以及影响制冷制热效果的各个原因。
【关键词】温度；简化展示教具；物态变换；热学；实验教学
物理学是一门实验科学，离开物理实验就搞不好物理教学[1]，物理教师在授课时应以演示实验、边讲边实验等多种教学形式替代平铺直述的理论讲授来对学生进行授课。演示教具设计的目的是使学生能够直观清晰地了解现代制冷制热系统的应用运行原理以及制冷过程。以此更好地理解物态变化和热力学系统能量装换的原理和过程，激发学生的学习兴趣和动机，真正意义上将其与现实生活和现代科技结合起来。针对传统教学过程中很难深刻理解制冷制热系统原理，我们自制了“制冷制热系统简化演示装置”，该装置能将抽象的原理用事物实物化，该装置在教学中能够让学生充分理解制冷热系统的原理、具有操作简单、直观性强、实验效果明显等优点演示装置，能够很好地提高课堂效率，对深入理解新制冷热系统的原理具有重要的意义。
1 装置原理
系统装置由4个基本部分即压缩机、冷凝器、节流部件、蒸发器组成[2]，制冷制热原理图见图1。由铜管将四大件按一定顺序连接成一个封闭系统，系统内充注一定量的制冷剂。一般的空调的制冷剂为氟里氨，以往通常采用的是R22，现在有些空调的氟里昂已经采用新型的环保型制冷剂R407以上是蒸汽压缩制冷系统。工作系统的“心脏”压缩机[3]吸入来自蒸发器的低温低压的氟里昂气体压缩成高高压的氟里昂气体，然后流经热力膨胀阀（毛细管），节流成低温低压的氟里氨汽液两相物体，然后低温低压的氟里氨液体[4]在蒸发器中吸收来着室内空气的热量，成为低温的低压的氟里氨气体又被压缩机吸入。室内空气经过蒸发器后，释放了热量，空气温度降。如此 压缩——冷凝——节流——蒸发[5]反复循环，制冷剂不断带走室内空气的热量，从而降低了房间的温度。制热时，通过四通阀的切换，改变了制冷剂的流动方向，使室外热交换器成为蒸发器，吸收了室外的空气的热量，而室内的蒸发却成了冷凝器，将热量散发在室内，达到制热的目的。
2 操作方法以及装置实物图
装置实物图见图2。操作说明：将冷制热系统的简化展示教具电源接通，打开开关。压缩机开始工作。静候半分钟左右。固定在铜管上的数值温度计的数值就会开始发生变化。也可以用手触摸压缩机两侧的铜管，就会感受到冰凉和炽热两种温度。注意铜管是暴露在外面。压缩机工作时间久了制冷或制热的效果特别明显。切忌长时间触摸铜管，以免被冻伤或者烫伤。
启动制冷制热系统演示教具的开关后，冷凝器和蒸发器的温度的变化可以直接体现其各部分的工作效果从而展现内部制冷剂吸热高压液化、放热降压汽化等物理变化过程来实现制冷制热效果。配备的数值温度计直接显示制冷制热的效果温度，更加方便老师演示，该仪器的操作非常简单，是以最简（下转第11页）（上接第12页）化，易操作，便于观察的模型的形式来提供教授了解这一过程的最好方法。
通过温度传感器直观清晰的观察到制冷制热效果的同时，肉眼可见的能在制冷处观察到结霜现象可见其工作效果并没有因为简化而大打折扣。而且设备整体体积小，也便于教学中搬运讲授。
3 总结
虽然空调与冰箱等家用电器在日常生活中的高频率很高，但学生对其工作原理以及相关的物理知不能很好的理解，不能很好的将所学的物理知识与现实生活更好的结合起来。该演示装置具有操作简单、演示效果直观、制作简单等优点，能够使学生深刻的理解空调等家用电器内部系统的运作原理以及影响制冷制热原理。该装置还可以通过对蒸发器冷凝器的形状进行一定的改变应用于热力学与温度有关的物理实验中，能够使冷热环境下的物理变换同时进行，产生良好的对比效果。该教具可以让学生对空调内部制冷制热原理有更加清楚地认识和理解，能够很好地帮助学生来理制冷制热原理原理，可作为教具用于教学之中，能有效地辅助教学，提高教学效率。
【参考文献】
[1]李新乡.张军朋.物理教学论[M].北京：科学出版社，2009.
[2]戴路玲.空调系统及设计实例[M].北京：化学工业出版社，2013.
[3]吴业正.制冷压缩机[M].北京；机械工业出版社，2011.
[4]张世军，刘兴旺.气体分离膜在废气治理中的应用[J].环境研究与监测，2003（4）：412-413.
[5]王如竹.制冷原理与技术[M].北京：科学出版社，2003.endprint
