Звідки в холодильнику береться холод?

Кожен з нас щодня користується десятками хитро влаштованих машин і приладів: тут вам і звичайний будильник, і мікрохвильова піч, і комп'ютер, і автомобіль і ще безліч самої різношерстої електронної та механічної братії, без якої наше життя, здається, вже немислима. Але задумайтеся, чи багато ми знаємо про ці мовчазних помічників (про будильник цього не скажеш), як вони влаштовані, як працюють? Та зовсім нічого! Працює - і добре, за чим зайвий раз напружувати звивини!

На мій погляд, дуже сумно, що за щоденною суєтою і буденністю цивілізації, ми перестали помічати дивне, а часом просто геніальне пристрій деяких звичних речей. Звичайно, намагатися зрозуміти принцип роботи комп'ютера або навіть звичайного калькулятора - безглуздо (калькулятор не можна зрозуміти, в нього можна тільки вірити), але от подужати пристрій холодильника цілком під силу кожному.

Почну з теорії. Своєю появою холодильник цілком зобов'язаний науці термодинаміки, яка, як видно з назви, займається перетворенням і переміщенням теплової енергії, тобто тепла. Саме це і відбувається в холодильнику: тепло, яке перебуває усередині холодильника, «захоплюється» і виноситься назовні, охолоджуючи його (холодильника) вміст. Посередниками з перевезення тепла є холодоагенти, це вони захоплюють внутрішнє тепло, виносять його назовні, віддають, а потім порожняком повертаються у черево холодильника, щоб заново повторити цей процес.

Холодоагентом (скорочення від слів «холодильний агент») прийнято називати робоча речовина з низькою температурою кипіння (випаровування). В якості холодоагенту тривалий час використовували фреон-12 (R-12), виробництво якого було організовано ще в 1931 році, але в 1980 році було відкрито згубний вплив атомарного хлору на озон в атмосфері - виробництво і заправка холодильників фреоном-12 пішла на спад. Сьогодні в якості холодоагентів використовують R-134a (нащадок фреону-12), диметиловий ефір, пропан, бутан, ізобутан та їх суміші - всі ці речовини в кількості, в якій вони використовуються в холодильниках, абсолютно нешкідливі для людини і навколишнього середовища.

Як було сказано, любов холодильників до холодоагент пов'язана з низькою температурою кипіння останніх: пропан кипить при -42,1 ° С, бутан - при -0,5 ° С, изобутан - при -11,7 ° С. Але як це дозволяє зберігати низьку температуру всередині холодильника? Для відповіді на це питання звернемося до фізики: відомо, що при кипінні і випаровуванні речовини забирають тепло з навколишнього середовища, тобто, охолоджують її (саме з цим пов'язано почуття прохолоди від розтирання, наприклад, спиртом - спирт випаровується, забираючи тепло у тіла) , отже, щоб охолодити, наприклад, баночку пива, її потрібно «облити» який-небудь легко закипаючої рідиною, яка, закипить, відібрала б тепло у пива.

Отже, щоб дати холодильника можливість морозити, потрібно наповнити деякі його частини холодоагентами, які б легко скипіли, охолодивши ці частини, а, отже, охолодивши і вміст холодильника. Пропан підходить тут як ніхто інший: якщо він кипить вже при -42, то створити умови для його закипання при кімнатній температурі всередині холодильника буде дуже просто.

Завершуючи, таким чином, теоретичну частину, скажу, що холодоагенти обрані в якості головного робочої речовини в холодильниках тільки завдяки своїй низькій температурі кипіння, і, як наслідок, здатності легко вбирати тепло.

Перейдемо безпосередньо до холодильників. Будь холодильник складається з трьох основних частин: компресор (мотор, який постійно шумить), конденсатор (чорний металевий змійовик на задній панелі холодильника) і випарник (металевий «скриньку», який зазвичай видно в морозильній камері).

Якщо ви зрозуміли, що я там так довго писав про холодоагенти, то принцип роботи холодильника до вас дійде швидко.

Зріджений під великим тиском холодоагент по всмоктуючому трубопроводу з конденсатора (змійовик) надходить у випарник («шухлядку»). Через низького тиску у випарнику і низької температури кипіння холодоагенту, він (холодоагент) починає інтенсивно кипіти і випаровуватися, охолоджуючи єдине, з чим контактує - металеві стінки випарника, випарник ж, у свою чергу, охолоджує повітря всередині холодильника. Пари холодоагенту відкачуються компресором, який, до речі, і створює низький тиск у випарнику, на місце випарувався хладагента закачується новий зріджений.

Відкачаний з випарника газоподібний холодоагент проходить через компресор, з якого вже в стислому стані надходить в конденсатор (змійовик). При різкому стисканні будь газ нагрівається, тому трубки на виході з компресора при його роботі і сам змійовик на задній стінці холодильника завжди гарячі (теплі). У міру проходження по змійовику стислий гарячий газоподібний холодоагент поступово остигає і переходить в рідку фазу, і вже в рідкій фазі він поступає назад у випарник, де даний процес починається заново. Цей круговорот триває до тих пір, поки датчик температури в холодильнику не дасть сигнал компресору зупинитися - холодоагент у випарнику випарується, а новий вже не надійде, отже, охолодження припиниться.

Якщо ви ще не заснули, у вас може виникнути питання: чому вже скраплений холодоагент НЕ закипає прямо в змійовику, адже температура в ньому кімнатна, а ізобутан кипить вже при -11 ° С. Звернемося знову до фізики: відомо, що чим вище тиск, тим вище температура кипіння. Поясню на конкретному прикладі: всі чомусь впевнені, що вода кипить саме при 100 ° С, а ви знаєте, що, наприклад, у паровому котлі на ТЕЦ вода кипить при температурі 200 ° С, а на висоті 7130 м (пік Леніна на Памірі) вона закипає при 70 ° С (зварити м'ясо в таких умовах неможливо). Все це відбувається через різне тиску: в котлі воно величезне - температура кипіння висока, в горах низьке - температура кипіння також низка. Абсолютно те ж саме відбувається і в холодильнику: изобутан не може закипіти в змійовику через високого тиску (температура кипіння підвищилася), в випарнику ж він кипить легко, так як тиск в ньому низька.

В тому числі, тому не варто думати, що холодильник не можна охолодити до температури нижче температури кипіння холодоагенту. Для цього достатньо опустити тиск у випарнику, і той же изобутан закипить вже не при -11 ° С, а при -20 ° С або при -40 ° С.

Підсумую сказане. Компресор - це свого роду насос, який перекачує холодоагент, створює високий тиск в змійовику і низький тиск у випарнику, що відповідно сприяє зріджування і випаровуванню хладагента. Випарник - це джерело холоду, в ньому під низьким тиском скипає і випаровується холодоагент, охолоджуючи навколишнє середовище. У конденсаторі (змійовику) відбувається охолодження і скраплення стисненого компресором, і тому гарячого, хладагента.

Сподіваюся, мені вдалося популярно пояснити пристрій холодильника.

Бережіть себе.