接触冰冷却法

金允智2023-05-02  25

指使热物体的温度降低而不发生相变化的过程的点。

接触冰冷却是一种常见的简易冷却方法,也是行之有效的冷却方法。这是一种用冰直接接触产品,从产品中取走热量,除了有高冷却速度外,融冰可以一直使产品表面保持湿润。这种方法经常用于冷却鱼、叶类蔬菜和一些水果,也用于一些食品如午餐肉的加工。

空气冷却法是用降温后的冷空气作为冷却介质流经食品来吸取热量。一般食品预冷时的所采用的空气温度不应低于冻结温度,以免食品发生冻结。

水冷却法是通过低温水将需要冷却的食品冷却到指定温度的方法。

真空冷却的依据是水在低压下蒸发时要吸取汽化潜热。这种方法主要用于有很大表面积的食品如叶类蔬菜、蘑菇和烹调后的土豆丁。操作时将食品置于真空室中并将压力降到大约05KPa,通过水分蒸发将自身的温度降低。这种方法是目前所有冷却方法中最迅速的 。

空气预冷又分为自然冷却法和快速冷却法。快速冷却法又称强制通风冷却,包括天棚喷射式、鼓风式、隧道式、流床式和压差通风式。

自然预冷的设计和操作简单,产品可在同一个地方冷却和贮藏。但由于冷却速度较慢,不适合易腐烂和成分变化快的水果,一般只限于苹果和梨等。

快速冷却的速度快而均匀,耗能少,对任何水果都适用。但也有其不足,易产生干耗,产品装箱和箱子排列工作量大,冷库利用率低。

激光冷却

只说原理 激光冷却法的基本原理是 光压 在光的传播路径上会对物质产生一定压力 称之为 光压 在进行冷却的时候用多束激光从不同方向照射目标体 使其粒子受到光压的作用 以阻止其热振动 以打到冷却的效果 激光冷却法是现在最先进的冷却方法之一 可以打到非常接近绝对零度的超低温

众所周知,激光是高功率的光束,它能产生高温,因而有激光手术、激光焊接等应用。但是激光居然还能用来冷却,而且可以冷却到绝对温度百万分之一度以下,却似乎有点不太好理解。

激光冷却涉及到多个物理原理,概括起来主要有光的多普勒效应、原子能级量子化、光具有动量。另外,激光的高度单色性和可调激光技术也非常重要。

光的多普勒效应是指,如果你迎着光源的方向运动,观察到光的频率将会增加;如果背离光源方向运动,观察到的光的频率将会降低。

原子可以吸收电磁辐射的能量,使其本身的能量升高;也可以释放出电磁辐射,同时自身的能量降低。原子的能级量子化,是指原子只能吸收和放出某些特定频率的电磁波。按量子理论,电磁波的能量只能以某种不可分割的单位--能量子--与别的物质相作用。而每一份能量子所含的能量正比电磁波的频率,所以,只吸收和释放某些特定频率的电磁波,就意味着原子的能量只能取某些特定的值,故称为能级量子化。

光与其它实物粒子一样,也具有动量。当一个原子吸收一份电磁波的能量子(即光子)时,它同时也获得了一定的动量。光的动量与光的波长成反比,方向与光的传播方向相一致。

现在假设某种原子只吸收频率为f0的电磁波。如果我们把激光的频率调在略小于f0的频率上(可调激光技术可以让我们精确地调节所需激光的频率),并把这样一束激光射在由那种原子组成的样品上,将会发生什么现象呢?

我们知道,在高于绝对零度的任何温度下,组成样品的原子都在作无规则的热运动。当其中某个原子的运动方向指向激光的光源时,由于多普勒效应,在这个原子看来激光的频率会略高一些。因为我们把激光的频率调在略低于f0,多普勒效应可以使得飞向光源方向的原子看到的激光频率正好等于f0。这样,这个原子就有可能吸收激光的能量。在它吸收能量时,它同时也获得了动量。由于激光传播的方向与原子运动的方向相反,获得的动量将使原子的运动速度变慢。

如果另一个原子的运动方向背离激光的光源时,由于多普勒效应,这个原子看到的激光频率将降低,这样将更加远离它能吸收的电磁波的频率,所以这个原子不会吸收激光的能量,也不会从激光那里获得使它加速的动量。

如果我们多设置几个激光源,从多个方向照射那个样品。那么按上面的分析,无论样品的原子往哪个方向运动,它都只吸收迎面而来的激光,因而其运动速度总是被降低。这些原子就好象处在粘稠的糖浆中,它的运动一直受到阻挠,直到几乎完全停止。所以激光冷却装置又被称为“光学糖浆”。

这样,在激光的照射下,组成样品的原子的热运动速度不断降低,它的温度也就不断地降低。那么用这种办法有没有可能达到绝对零度呢?答案是否定的。因为样品原子在吸收了光子之后,其自身能级将升高,因而并不稳定。它会再次释放光子,使自己处于更稳定的状态。释放光子时,它也会失去一部分动量,从而产生相反方向的加速。释放光子的方向是随机的,所以在长期平均来看,它并不产生净的加速。但是它毕竟使原子获得了随机的瞬间速度,这本身也是一种热运动,所以要达到绝对零度是不可能的。只是这种热运动的幅度很小,其对应的温度对大多数原子来讲在千分之一开以下。

激光制冷

大家都知道激光有亮度高的特点,利用这个特点可以在极短的时间内在极小的范围内使被激光照射的物体接受到极高的能量用这种技术可以进行金属焊接和施行人体手术等而现在科学家们还能利用激光制冷,并把研究对象的温度降低到只有几微开(10-6K),已经非常接近绝对零度了

激光冷却技术的原理可以用右图说明图中激光束a和激光束b相向传播,光的频率相同,都略低于原子吸收光谱线的中心频率,即比原子的共振吸收频率低一些现在考虑一个往右方运动的原子A,这个原子是迎着激光束b运动的,根据多普勒效应,这个原子感受到的激光束b的频率升高,即激光束b的频率进一步接近了原子的共振吸收峰值的位置原子从激光束b吸收光子的几率增大这个原子的运动方向和激光束a的传播方向相同,所以它感受到激光束a的频率减小,根据多普勒效应,这个原子感受到的激光束a的频率降低,即激光束a的频率进一步远离了原子的共振吸收峰值的位置,原子从激光束a吸收光子的几率减小着意味着原子A将受到把它往左推的作用力,阻止它往右运动,即原子A的速度减慢同样,图中向左运动的原子B将受到激光束a的推力,阻止它向左运动,运动速度也减慢那么,用上下,左右,前后三对这样的激光束,就可以让朝各个方向运动的原子都减慢运动速度而物体的温度正是由物体分子平均动能的标志,所以这种方法能够达到制冷的目的目前,用这个办法已经可以把原子冷却到微开

冷却法测量金属的比热容实验目的1 掌握冷却法测定金属比热容的方法;2了解金属的冷却速率与环境之间的温差关系,以及进行测量的实验条件。实验原理牛顿冷却定律:温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时,单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比,比例系数称为热传递系数。牛顿冷却定律是牛顿在1700年用实验确定的,在强迫对流时与实际符合较好,在自然对流时只在温度差不太大时才成立。将质量为M1的金属样品加热后,放到较低温度的介质中,样品将逐渐冷却。其单位时间的热量损失(△Q/△t)与温度下降的速率成正比:(1)根据牛顿冷却定律有:(2)(3)这里,为传热系数,为金属外表面积,与分别为金属与其环境的温度。同理,对质量为M2,比热容为C2的另一种金属样品,可有同样的表达式:(4)由式(3)和(4),可得:所以假设两样品的形状尺寸都相同,即;两样品的表面状况也相同,而周围介质(空气)的性质当然也不变,则有。于是当周围介质温度不变(即室温恒定),两样品又处于相同温度时,上式可以简化为:(5)实验仪器金属比热容测量仪,样品(铜、铁、铝)实验步骤开机前先连接好加热仪和测试仪,共有加热四芯线和热电偶线两组线。1、选取长度、直径、表面光洁度尽可能相同的三种金属样品(铜、铁、铝,实验室提供)用物理天平秤出它们的质量。再根据这一特点,把它们区别开来。2、使热电偶热端铜导线与数字表的正极相连;冷端铜导线与数字表的负极相连。当样品加热到200℃(此时热电势显示约为930mV)时,切断电源移去加热源,样品继续安放在与外界基本隔绝的有机玻璃圆筒内自然冷却(筒口须盖上盖子),记录样品的冷却速率。具体做法是记录数字电压表上示值约从降到所需的时间(因为数字电压表上的值显示数字是跳跃性的,所以只能取附近的值),从而计算。按铁、铜、铝的次序,分别测量其温度下降速度,每一样品应重复测量6次。因为热电偶的热电动势与温度的关系在同一小温差范围内可以看成线性关系,即,式(5)可以简化为:

3、仪器的加热指示灯亮,表示正在加热;如果连接线未连好或加热温度过高(超过200℃)导致自动保护时,指示灯不亮。升到指定温度后,应切断加热电源。注意事项1、加热装置向下移动时,动作要慢,应注意要使被测样品垂直放置,以使加热装置能完全套入被测样品。2、测量降温时间时,按“计时”或“暂停”按钮应迅速、准确,以减小人为计时误差。3、重复测量前,应使防风筒及其内部空气温度降为室温,以减少它们对的影响。数据记录与数据处理, , 。铜比热容热电偶冷端温度:0℃样品由440mV下降到420mV所需时间(单位为s)

次数样品 1 2 3 4 5 6 平均值

,同样可以求得思考题1. 为什么实验应该在防风筒(即样品室)中进行?2. 测量三种金属的冷却速率,并在图纸上绘出冷却曲线,如何求出它们在同一温度点的冷却速率?3. 试思考,如何给该实验仪器中的铜-康铜温差电动势定标(确定其灵敏度)?

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冷却法测量金属的比热容

冷却法测量金属的比热容

实验目的

1 掌握冷却法测定金属比热容的方法;

2了解金属的冷却速率与环境之间的温差关系,以及进行测量的实验条件。

实验原理

牛顿冷却定律:温度高于周围环境的物体向周围媒质传递热量逐渐冷却时所遵循的规律。当物体表面与周围存在温度差时,单位时间从单位面积散失的热量与温度差成正比,比例系数称为热传递系数。牛顿冷却定律是牛顿在1700年用实验确定的,在强迫对流时与实际符合较好,在自然对流时只在温度差不太大时才成立。

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将质量为M1的金属样品加热后,放到较低温度的介质中,样品将逐渐冷却。其单位时间的热量损失(△Q/△t)与温度下降的速率成正比:

(1)

根据牛顿冷却定律有:

为了减少活塞顶部和头部的热负荷,在大功率发动机中,尤其是在活塞顶部具有燃烧室凹坑的柴油机中,采用油冷活套。用机油冷却活塞的方法有:1)自由射流冷却法:从连杆小端的喷油孔或从安装在机体上的喷油嘴向活塞顶内壁注油。2)振荡冷却法:油从连杆小头上的喷油孔注入活塞内壁的环形油槽,由于活塞的运动,油在槽内振荡,冷却活塞。3)强制冷却法:在活塞头部铸造一个冷却油道或冷却油管,使油在其中强制流动,以冷却活塞。增压发动机广泛采用强制冷却方式。

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