Comment fonctionnent les réfrigérateurs - Expliquez que Stuff
N OW ici est une bonne idée: une boîte métallique qui aide vos aliments durent plus longtemps! Avez-vous jamais cessé de penser comment un réfrigérateur garde cool, calme et recueilli même dans la chaleur torride de l'été? La nourriture va mal parce que les bactéries se reproduisent à l'intérieur. Mais les bactéries se développent moins rapidement à des températures plus basses, de sorte que le refroidisseur vous pouvez conserver les aliments, plus il durera. Un réfrigérateur est une machine qui garde les aliments au frais avec une science très intelligent. Tout le temps que votre réfrigérateur est fredonnait loin, les liquides se transforment en gaz, l'eau se transforme en glace, et votre nourriture est de rester délicieusement frais. Jetons un coup d'oeil de plus près comment fonctionne un réfrigérateur!
Photo: Un réfrigérateur domestique typique ou « réfrigérateur » maintient les aliments à une température d'environ 0-5 ° C (32-41 ° F). Congélateurs fonctionnent d'une manière similaire, mais refroidir à une température beaucoup plus basse, typiquement de -18 à -23 ° C (0 à -10 ° F).
Comment déplacer quelque chose que vous ne pouvez pas voir même
Supposons que votre tâche aujourd'hui est de vider une écurie pleine de fumier de cheval odeur de rang. Pas le plus beau d'emplois, de sorte que vous aurez envie de le faire le plus rapidement possible. Vous ne serez pas en mesure de se déplacer tout à la fois, parce qu'il ya trop de lui. Pour faire le travail rapide, vous devez déplacer autant de fumier que vous pouvez en une seule fois. La meilleure chose à faire est d'utiliser une brouette. Pile le fumier vers le haut dans le tumulus, la roue du tumulus extérieur, puis vider le fumier dans un tas dans la cour stable. Avec quelques-unes de ces voyages, vous pouvez déplacer le fumier à l'intérieur de l'étable à l'extérieur.
Déplacement quelque chose que vous pouvez voir est facile. Mais maintenant, nous allons vous donner une corvée plus difficile. Votre tâche est de déplacer la chaleur de l'intérieur d'un réfrigérateur à l'extérieur pour garder votre nourriture fraîche. Comment pouvez-vous déplacer quelque chose que vous ne pouvez pas voir? Vous ne pouvez pas utiliser une brouette cette fois-ci. Non seulement cela, mais vous ne pouvez pas ouvrir la porte pour obtenir à la chaleur à l'intérieur, ou vous laisser revenir directement la chaleur à nouveau. Votre mission est d'éliminer la chaleur, sans cesse, sans ouvrir la porte même une fois. problème délicat, hein? Mais il est impossible, du moins pas si vous comprenez la science des gaz.
Comment déplacer la chaleur avec un gaz
Revenons un instant sur le côté et regarder comment se comportent les gaz. Si vous avez déjà pompé les pneus sur un vélo. vous saurez qu'une pompe à vélo devient bientôt assez chaud. La raison en est que les gaz se réchauffent lorsque vous compressez (Squeeze) eux. Pour soutenir le pneu le poids du vélo et de votre corps, vous devez presser l'air dans ce à une pression élevée. Pompage rend l'air (et la pompe passe à travers) un petit peu plus chaud. Pourquoi? Comme vous serrez l'air, vous devez travailler assez dur avec la pompe. L'énergie que vous utilisez dans le pompage est convertie en énergie potentielle dans le gaz comprimé: le gaz dans le pneu est à une pression et une température plus élevée que l'air froid autour de vous. Si vous pressez un gaz dans la moitié du volume, l'énergie thermique ses molécules contiennent remplit seulement la moitié autant d'espace, de sorte que la température des gaz monte (il devient plus chaud).
À gauche: Les gaz deviennent plus chaudes lorsque vous compressez en moins les volumes parce que vous devez travailler pour pousser rapprocher leurs molécules énergétiques.
Le cycle de chauffage et de refroidissement
Photo: Les liquides peuvent se tourner vers les gaz (et gaz refroidisse) lorsque vous leur expansion dans plus de volume. Voilà pourquoi les sprays aérosols se sentent si froid.
En comprimant les gaz, nous les faisons plus chaud; en leur permettant de se développer, nous les faisons plus frais. Comment peut-on utiliser ce bit pratique de la physique pour déplacer la chaleur de l'intérieur d'un réfrigérateur? Supposons que nous avons fait un tuyau qui est en partie à l'intérieur d'un réfrigérateur et partiellement à l'extérieur, et scellé de sorte qu'il était une boucle continue. Et supposons que nous remplissions le tuyau avec un gaz. A l'intérieur du réfrigérateur, nous pourrions faire le tuyau progressivement obtenir plus large, de sorte que le gaz élargirions et frais qui coulait à travers elle. En dehors du réfrigérateur, nous pourrions avoir quelque chose comme une pompe à vélo pour comprimer le gaz et libérer sa chaleur. Si le gaz a coulé rond et autour de la boucle, l'expansion quand il était à l'intérieur du réfrigérateur et la compression quand il était à l'extérieur, il ne cessait de ramasser la chaleur de l'intérieur et porter à l'extérieur comme une bande transporteuse de chaleur.
Et, surprise, surprise, ce qui est presque exactement comment fonctionne un réfrigérateur. Il y a quelques détails supplémentaires à noter. A l'intérieur du réfrigérateur, le tuyau se dilate à travers une buse connue sous le nom d'une soupape d'expansion. Comme le gaz passe à travers elle, il se refroidit de façon spectaculaire. Ce bit de la science est parfois connu sous le nom de Joule-Thomson (ou Joule-Kelvin) effet pour les physiciens qui l'ont découvert, James Prescott Joule (1818-1889) et William Thomson (Lord Kelvin, 1824-1907). Vous ne serez pas surpris de découvrir que le compresseur extérieur du réfrigérateur est pas vraiment une pompe à vélo! Il est en fait une pompe alimentée électriquement. C'est la chose qui fait un bourdonnement du réfrigérateur chaque si souvent. Le compresseur est fixé à un dispositif en forme de grille appelée un condenseur (une sorte de radiateur mince derrière le réfrigérateur) qui expulse la chaleur non désirée. Enfin, le gaz qui circule autour du tube est en fait un produit chimique spécialement conçu qui alterne entre être un liquide froid et d'un gaz chaud. Ce produit chimique est connu comme le liquide de refroidissement ou réfrigérant.
Photo: l'air intérieur de votre réfrigérateur Humide contient de la vapeur d'eau. Lorsque le réfrigérateur refroidit, cette eau se transforme en glace. La partie la plus froide de votre réfrigérateur est la Glacière en haut. En effet, le détendeur est placé juste à côté.
Photo: Voici le compresseur d'un réfrigérateur typique. Noter les tuyaux transportant le fluide de refroidissement sur un côté et sur l'autre. Vous ne pouvez pas voir cet appareil à moins que vous tirez votre appareil hors de portée du mur, car il est caché à l'arrière et au fond. Voir plus de photos de celui-ci dans la case ci-dessous.
Comment fonctionne un réfrigérateur
Voici ce qui se passe à l'intérieur de votre réfrigérateur pendant que nous parlons! Le côté gauche de l'image montre ce qui se passe à l'intérieur de l'armoire de refroidissement (où vous conservez vos aliments). La ligne en pointillés et la zone rose montrent la paroi arrière et une isolation séparant l'intérieur de l'extérieur. Le côté droit de l'image montre ce qui se passe à l'arrière du réfrigérateur, hors de la vue.
- Le fluide de refroidissement est un liquide qui entre dans la soupape d'expansion (jaune). Comme il passe à travers, la chute soudaine de la pression permet d'élargir, cool, et se transformer en un gaz (comme un aérosol liquide se transforme en un gaz froid lorsque vous le vaporiser sur une boîte).
- Comme le liquide de refroidissement circule autour de l'armoire de refroidissement (généralement autour d'un tuyau enterré dans la paroi arrière), il absorbe et élimine la chaleur de la nourriture à l'intérieur.
- Le compresseur comprime le fluide de refroidissement, élevant sa température et de pression. Il est maintenant un gaz chaud à haute pression.
- Le fluide de refroidissement circule à travers les tuyaux minces de radiateur sur le dos du réfrigérateur, ce qui donne sa chaleur et de refroidissement de retour dans un liquide comme il le fait.
- Le fluide de refroidissement circule à travers le boîtier isolant pour la soupape d'expansion et le cycle se répète. Ainsi, la chaleur est constamment pris à l'intérieur du réfrigérateur et mis à nouveau à l'extérieur.
Photo: C'est ce qu'un réfrigérateur ressemble en réalité quand vous prenez un coup d'oeil autour de l'arrière. Vous pouvez voir le grand compresseur noir au fond (qui est numéroté 3 dans le diagramme ci-dessus) et le tube mince à l'arrière du flux de réfrigérant à travers à disperser la chaleur.
Photo: Voici un gros plan. Le fluide de refroidissement circule à travers la plus épaisse et arrondie, tuyau noir horizontal (ce qui correspond à des lignes rouges, numérotées 4 dans notre schéma ci-dessus). Les nombreux fils minces qui courent entre les tuyaux sont ailettes du radiateur simples qui aident à transporter la chaleur des tuyaux et dissiper dans l'air.
Pourquoi prendre le temps de refroidissement?
Comme tout le reste dans notre univers, les réfrigérateurs doivent obéir à une loi fondamentale de la physique appelée la conservation de l'énergie. L'essentiel est que vous ne pouvez pas créer de l'énergie à partir de rien ou faire de l'énergie se volatilisent: vous ne pouvez jamais convertir l'énergie dans d'autres formes. Cela a des implications très importantes pour les utilisateurs de réfrigérateur.
Tout d'abord, il bustes le mythe que vous pourrez vous rafraîchir votre cuisine en laissant la porte du réfrigérateur ouverte. Pas vrai! Comme nous venons de le voir, un réfrigérateur fonctionne par « aspirer » la chaleur de l'armoire de refroidissement avec un fluide de refroidissement, pompage du fluide à l'extérieur de l'armoire, puis la compression pour libérer sa chaleur. Donc, si vous supprimez une certaine quantité de chaleur à l'intérieur de votre réfrigérateur, en théorie, exactement la même quantité réapparaît sous forme de chaleur à l'arrière (en pratique, vous obtenez un peu plus de chaleur dégagée car le moteur est pas parfaitement efficace et il est également en dégageant chaleur). Laissez la porte ouverte et vous suffit de déplacer l'énergie thermique d'une partie de votre cuisine à l'autre.
La loi de conservation de l'énergie explique aussi pourquoi il faut tant de temps pour refroidir ou congeler les aliments dans un réfrigérateur ou un congélateur. Les aliments contiennent beaucoup d'eau, qui est faite à partir de molécules très légers (hydrogène et de l'oxygène sont deux des atomes les plus légers). Même une petite quantité de liquide à base d'eau (ou de la nourriture) contient un grand nombre de molécules, dont chacun prend d'énergie pour chauffer ou refroidir. Voilà pourquoi il faut quelques minutes pour faire bouillir même une tasse ou deux d'eau: il y a des molécules beaucoup plus à la chaleur que si vous essayez de faire bouillir quelque chose comme une tasse de fer fondu ou en métal plomb. De même pour le refroidissement: il prend l'énergie et de temps pour évacuer la chaleur des liquides aqueux comme le jus de fruits ou de la nourriture. Voilà pourquoi le gel ou la nourriture de refroidissement prend si longtemps. Ce n'est pas votre réfrigérateur ou d'un congélateur est inefficace: il est tout simplement que vous avez besoin d'ajouter ou de retirer de grandes quantités d'énergie pour faire des choses larmoyants changer leur température de plus de quelques degrés.
En savoir plus
- Climatiseurs. Travailler de manière similaire aux réfrigérateurs.
- Déshumidificateurs. Utiliser la technologie du réfrigérateur pour éliminer l'eau de votre maison.
- États de la matière. Pourquoi substances sont des solides, des liquides ou des gaz et comment ils peuvent revenir en arrière dans des conditions différentes.