Як працюють холодильники - Поясніть, що саме
Кріс Вудфорд. Останнє оновлення: 15 вересня 2020 р.
Зараз це крута ідея: металевий ящик, який допомагає їжі довше зберігатись! Ви коли-небудь зупинялися, щоб подумати, як холодильник зберігає прохолоду, спокій і збирання навіть у пухирливу спеку літа? Їжа псується, оскільки всередині неї розмножуються бактерії. Але бактерії ростуть менш швидко при нижчих температурах, тому чим прохолодніше ви зможете зберігати їжу, тим довше вона прослужить. Холодильник - це машина, яка зберігає їжу прохолодною завдяки дуже розумній науці. Весь час ваш холодильник гуде, рідини перетворюються на гази, вода перетворюється на лід, а ваша їжа залишається чудово свіжою. Давайте детальніше розглянемо, як працює холодильник!
Фото: Типовий домашній холодильник або "холодильник" зберігає продукти з температурою приблизно 0–5 ° C (32–41 ° F). Морозильні камери працюють подібним чином, але охолоджуються до значно нижчої температури, як правило, від -18 до -23 ° C (від 0 до -10 ° F). Ця модель має крижину (світло-жовту коробку у верхній частині), яка діє як міні-морозильна камера, яка повинна бути при температурі морозильної камери, а не в холодильнику.
Зміст
- Як рухати те, що навіть не видно
- Як рухати тепло за допомогою газу
- Переміщення більшої кількості тепла шляхом зміни газів у рідини та назад
- Цикл нагрівання та охолодження
- Як працює холодильник
- Чому охолодження вимагає часу?
- Дізнатися більше
Як рухати те, що навіть не видно
Припустимо, ваша сьогоднішня справа - випорожнити стайню, повну запаху коня, що пахне. Не найкраща робота, тому вам захочеться зробити це якомога швидше. Ви не зможете перенести все це відразу, тому що їх занадто багато. Щоб швидко виконати роботу, потрібно за один прийом перевезти якомога більше гною. Найкраще використовувати тачку. Складіть гній в курган, виведіть його на вулицю, а потім випорожніть гній у купу на дворі стайні. Кілька таких поїздок дозволяють перекласти гній зсередини стайні назовні.
Перемістити те, що ви можете побачити, легко. Але тепер давайте вам важчу роботу. Ваше нове завдання - перемістити тепло зсередини холодильника назовні, щоб зберегти їжу свіжою. Як ти можеш перенести те, чого не бачиш? Цього разу не можна використовувати тачку. Мало того, ви не можете відкрити двері, щоб потрапити до спеки всередині, або ви знову пустите тепло назад. Ваша місія - постійно відводити тепло, не відкриваючи дверей жодного разу. Хитра проблема, так? Але це неможливо - принаймні ні, якщо ви розумієте науку про рідини та гази.
Як рухати тепло за допомогою газу
Давайте мить ступимо набік і подивимося, як поводяться гази. Якщо ви коли-небудь накачували шини на велосипеді, ви будете знати, що велосипедний насос незабаром стає досить теплим. Причина в тому, що гази нагріваються при стисненні (стисканні) їх. Щоб шина витримувала вагу велосипеда і вашого тіла, вам потрібно втискати в неї повітря під високим тиском. Насос робить повітря (і насос, через який він проходить) трохи гарячішим. Чому? Видавлюючи повітря, вам доведеться докладно попрацювати з насосом. Енергія, яку ви використовуєте при накачуванні, перетворюється на потенційну енергію стисненого газу: газ у шині знаходиться під вищим тиском і вищою температурою, ніж прохолодне повітря навколо вас. Якщо ви стискаєте газ до половини об’єму, теплова енергія, що міститься в його молекулах, заповнює лише половину менше простору, тому температура газу підвищується (він стає більш гарячим).
Ілюстрація: Гази нагріваються, коли ви стискаєте їх на менший об’єм, тому що вам доводиться працювати, щоб зблизити їх енергетичні молекули ближче. Наприклад, коли ви надуваєте велосипедну шину, насос всмоктує повітря і видавлює його в менше місця. Це змушує його молекули (червоні краплини) разом і змушує його нагріватися.
Переміщення більшої кількості тепла шляхом зміни газів у рідини та назад
Якщо у вас є винахідливий розум, ви, напевно, можете собі уявити, як викручувати якусь штуку, схожу на насос, яка надуває велосипедну шину в одному місці, а потім здуває її в інше місце, яке рухатиме тепло між ними. Хоча це незграбна ідея, і ми не можемо так сильно пересувати тепло: нам знадобиться жахлива кількість газу, для одного. Однак ми могли б переміщати пристойну кількість тепла, дозволяючи газу розширюватися і стискатися набагато більше, щоб він перетворювався в рідину і назад - іншими словами, змінюючи його в інший стан речовини.
Як би це працювало? Подивіться, що відбувається з аерозольним балончиком, який містить рідину, що зберігається під тиском. Коли ви розпилюєте аерозоль на руку, ви, напевно, помітили, що там дуже холодно. Це частково тому, що частина рідини охолоджується і випаровується (перетворюється на газ), поки вона залишає балончик. Але це також тому, що частина рідини потрапляє на вашу теплу шкіру і випаровується в цей момент: вона перетворюється на газ, викрадаючи тепло з вашого тіла - і це робить вашу шкіру більш прохолодною. Це говорить нам про те, що дозволяти рідинам розширюватися і перетворюватися на гази є дуже ефективним способом відведення тепла від речей. Це не є великим сюрпризом: це те, як працює пітливість - і чому собаки стискають язик, щоб охолонути у спекотні дні.
Фото: Рідини можуть перетворюватися на гази (а гази остигають), коли ви даєте їм розширитися на більший об’єм. Ось чому аерозольні спреї настільки холодні.
Незважаючи на те, що тверді речовини та рідини займають приблизно однакову кількість простору, гази займають набагато більше місця, ніж обидва. Молекули в твердому тілі або рідині знаходяться досить близько один до одного і притягують одна одну з великою силою. Коли рідина перетворюється на газ або випаровується, деякі з її енергійніших молекул розриваються і відриваються. Для цього потрібно багато енергії, яка відома як прихована теплота випаровування, і ця енергія повинна надходити зсередини самої рідини або чогось поблизу. Іншими словами, перетворення рідини на газ - це спосіб вивести енергію з чогось, тоді як перетворення газу назад на рідину - це спосіб знову виділити цю енергію. Це, по суті, те, як холодильники переміщують тепло від свого холодильного шафи до приміщення зовні. Вони перетворюють рідину на газ всередині шафи охолодження (для набору тепла з накопиченого продукту), викачують його за межі шафи і знову перетворюють назад у рідину (для виділення тепла зовні).