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温度与显热和潜热的关系，为何制冷要在低温下蒸发和高温下冷凝

2025-02-18 16:56:59

温度是衡量物体冷热程度的物理量，它反映了物体内部分子热运动的剧烈程度。显热和潜热是热量传递的形式，其中显热传递表现为温度变化，潜热传递表现为相态变化而温度不变。一、温度与显热的关系显热是指物质在不发生相变（状态变化）的情况下，物质由于温度变化而吸收或放出的热量。例如，我们将一杯水由20℃加热到80℃，水


温度是衡量物体冷热程度的物理量，它反映了物体内部分子热运动的剧烈程度。显热和潜热是热量传递的形式，其中显热传递表现为温度变化，潜热传递表现为相态变化而温度不变。

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一、温度与显热的关系

显热是指物质在不发生相变（状态变化）的情况下，物质由于温度变化而吸收或放出的热量。

例如，我们将一杯水由20℃加热到80℃，水还是液态没有发生相变，但吸收了显热表现为温度升高。

暖通空调系统中，利用显热传递的例子很多。例如，冷却水在制冷机组的冷凝器处被加热而温度升高，冷冻水在蒸发器处被冷却而温度降低，其换热过程都是显热传递。

末端系统中，空调箱中的的表面式加热器、暖气片供暖、地板辐射供暖等，无论是通入蒸汽、热水还是电加热，这些通过加热提升空气温度的方式，都是典型的显热传递过程。

暖气片供暖系统，当温度较低的室内空气流经暖气片时，会被暖气片加热。室内空气获得热量后温度升高，再通过冷热空气之间的自然对流循环，提升室内温度，这就是显热传递。

地暖系统，先将地板加热，使其温度高于室内空气温度，再依据温差向室内人员和空气进行辐射传热，从而提高室内温度，这也是显热传递。

以上各种显热传递过程，都表现为得热后升温或失热后降温，其传热量的大小，就是被加热的水量或空气量与比热容、温差的乘积。

二、温度与潜热的关系

潜热是物质在相变过程中吸收或放出的热量，潜热传递过程中温度保持不变。

例如，标准大气压下，将水加热到100℃，水开始沸腾转化为水蒸气。继续加热时，水会保持温度不变而由液态蒸发为汽态，此时加热的热量全部用于蒸发相变，这部分热量就是潜热。

潜热过程的特点是，在特定的压力下，所有的热量传递都用于相态变化，而温度保持不变。例如，在标准大气压下，水在100℃时吸收热量而由液态蒸发为气态，或者放出热量而由蒸汽冷凝为液态。

潜热传递过程中，虽然温度保持不变，但它却表达了一个重要的概念，称为饱和温度。

饱和温度是指液体和蒸气处于动态平衡状态，即饱和状态时所具有的温度。饱和状态下，液体和蒸气共同存在而温度相等，都处于饱和温度。

每个饱和温度都有一个唯一对应的压力，称为饱和压力。二者一一对应，也就是说，饱和压力高则对应的饱和温度高，反之饱和压力低对应的饱和温度也低。

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三、蒸发和冷凝的潜热过程

制冷系统的蒸发器和冷凝器过程，都是利用饱和状态下温度与压力的对应特性，实现对外部环境的有效制冷或制热，同时保持制冷系统的持续循环。

蒸发器内，制冷剂液体处于蒸发压力的低压饱和状态下，对应的蒸发温度也低。也就是说，制冷剂液体在这较低的温度下，依然能够吸收热量而蒸发为汽态。

蒸发温度低，低于外部冷冻水或室内环境空气的温度时，又能够通过换热从外部环境获取热量而用于蒸发，从而实现对外部的制冷，或者冬季从室外低温环境吸取热量。

冷凝器内，制冷剂蒸汽处于冷凝压力的高压饱和状态下，对应的冷凝温度也高。也就是说，制冷剂蒸汽在这较高的温度下，依然能够冷凝为液体而放出热量。

冷凝温度高，高于外部冷却水或室外环境空气的温度时，又能够通过换热向外部环境排出冷凝热，从而实现系统制冷时的向外部排热，或者冬季将这部分热量用于供暖。

制冷过程中，压缩机从蒸发器中抽吸低压制冷剂蒸汽，压缩为高压，从而驱动制冷剂的循环。到冷凝器中，制冷剂蒸汽能够在高压下冷凝为液体，又能够在高温下向外部排出冷凝潜热。

节流阀将冷凝器中的高压制冷剂液体，节流为低压，从而保持制冷剂的往复循环。到蒸发器中，制冷剂液体能够在低压下蒸发为汽态，又能够在低温下从外部吸收热量而用于蒸发。

于是，通过蒸发器和冷凝器内部的潜热相变，实现对外部环境的有效换热，加上压缩机和节流阀的压力转换驱动，便构成了制冷系统的基本循环。



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