在上一篇我們提到了讓冰晶聚集並形成較大冰晶體的方法。但是需要消耗的能量相當大。
那麼如果讓水的溫度降低並且結冰呢?首先,根據熱力學第二定律的Clausius theorem,熱量不會從溫度低的地方流向溫度高的地方而不造成影響。。在穩定的環境中,每個區塊的溫度幾乎是達到熱平衡了。也就是熱量不太會繼續移動,要讓某個區塊的溫度降到更低,並且讓氣態或液態水變為固態,就需要對那個區塊的氣體作功(也就是賦予能量)。否則就會違反熱力學第二定律。也就是說,Elsa必須要施予能量並且讓熱量轉移"Let heat go! "才能讓溫度降低。
以現在的製冷科技來說,熱量的轉移通常是藉由冷媒在氣態和液態之間的相位變換過程,吸收以及放出熱量。首先把氣態的冷媒經壓縮機壓縮,讓冷媒氣體變成高溫高壓(這裡的高溫是相對來說),接著讓這個氣體進入凝結室,冷媒氣體凝結時會放出熱量(氣態轉換為液態時會放熱),接下來讓這個低溫高壓(因為經過放熱所以變成相對的低溫)的液體進入膨脹室,在膨脹室裡液體的壓力會降低,最後讓液體進入蒸發室,冷媒也體蒸發時會吸受熱量以達到冷卻效果。藉由這樣的過程不斷循環就可以把一個空間的熱量帶往另一個空間。
想要讓溫度降到能讓水結冰就必須要功率很大的壓縮機,一般來說,冰庫製冷機的壓縮機功率是50kw-1500kw(w為瓦特,功率單位,1瓦特的功率就是每秒消耗1焦耳)
這樣的功率非常高,甚至比上一篇提到的能量消耗更高。如果Elsa想要讓大量的水結冰,就必須要更有效率的轉移熱量。 或許她可以把轉移出來的熱量轉換成其他形式的能量,並且為下次的熱量轉移提供能量。這樣或許可以提高製冰的效率,並且減少能量耗損。
以上是我用一些物理學知識所提出的分析,希望大家可以參考並且提供意見喔。
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