Selles blogipostituses vaatleme teadust, mis on seotud asjadega, mida me oma külmikute puhul iseenesestmõistetavaks peame.
See võib tunduda probleemi lahendamiseks lihtsa küsimusena toidu teisaldamisest teise kohta, kus temperatuur on piisavalt madal. Kuid keskmises kodus on peaaegu võimatu leida kohta, mis suudaks hoida sama temperatuuri kui külmkapp, välja arvatud talvel. Seega, kui see juhtub, ei jää muud üle kui külmkapp ära parandada. Siis me mõistame, kui väärtuslik leiutis külmkapp on, mida me iga päev iseenesestmõistetavaks peame.
Miks siis pole lihtsam leida kohta, mille temperatuur on sarnane teie külmkapi omaga? Paljud inimesed teavad kogemusest, et temperatuuri on raskem alandada kui tõsta. Kuigi temperatuuri tõstmine on sama lihtne kui paberitüki süütamine, pole selle langetamine nii lihtne. Seda saab seletada termodünaamika teise seadusega. Termodünaamika teise seaduse kohaselt on isoleeritud süsteemis kogu entroopia alati kasvav või konstantne ja mitte kunagi vähenev. Seda saab tõlgendada kui energiaülekande suunda, mis tähendab, et soojuse liikumine kõrgemalt temperatuurilt madalamale on loomulik, kuid mitte vastupidi. Sel põhjusel on inimesed juba pikka aega tuld soojuse tekitamiseks kasutanud, kuid alles hiljuti oleme hakanud kasutama jahutustehnoloogiaid, näiteks külmikuid. Kuidas külmikud siis töötavad ja kuidas nad temperatuuri sees vähendavad?
Külmik on seade, mis hoiab temperatuuri, mis on üks kuni kaks kraadi Celsiuse järgi tavapärasest toatemperatuurist madalam. Selleks peab see võtma külmiku seest soojust väljapoole, et alandada sisetemperatuuri ja seda hoida. Siiski ei piisa ainult soojuse ühekordsest eemaldamisest. Niipea kui sisetemperatuur on välistemperatuurist madalam, kandub väljast tulev soojus tagasi külmkappi, põhjustades temperatuuri tõusu. Seetõttu peab külmkapp pidevalt kordama soojuse ülekandmise protsessi seestpoolt väljapoole. Teisisõnu, külmkapp on seade, mis hoiab oma sisetemperatuuri soojuse ülekandmise teel.
Selle protsessi mõistmiseks peame uurima külmkapi ehitust. Külmik koosneb kompressorist, kondensaatorist, kapillaartorudest ja aurustist, mis kõik sisaldavad ainet nimega külmaaine. Külmutusagens on aine, mis vastutab soojuse transportimise eest külmkapi seest väljapoole. Kui higi või vesi aurustub, võtab see teie nahalt soojust ära, mis on samuti üks külmaaine tüüp. Külmutusagens ringleb teie külmkapis sel viisil, liigutades soojust seestpoolt väljapoole. Nüüd vaatame iga protsessi etappi.
Kompressor on seade, mis gaasilisele külmaainele survet avaldades ringleb külmaainet. Kui külmaaine on veri, siis kompressor on süda. Kompressorid vajavad külmaaine survestamiseks energiat, mistõttu meie külmikud kasutavad elektrit. Kompressori rõhu all tõuseb külmaaine temperatuur ja see surutakse tugevalt kokku. See kokkusurutud külmaaine liigub kondensaatorisse, kus see külmkapi sees ringleb.
Külmutusagens liigub kondensaatorisse, kus see kondenseerub gaasist vedelikuks. Kondensaator asub külmkapi välisküljel, kus kokkusurutud kuum külmutusagens on palju kuumem kui välistemperatuur. Kui külmutusagens läbib kondensaatori, kandub soojus külmutusagensist väljapoole ning külmutusagens kaotab soojust ja muutub vedelikuks. Seetõttu tunneme külmkapi välisküljel soojust.
Pärast kondensaatorist läbimist läbib külmaaine kapillaare. Kapillaarid koosnevad õhukestest torudest, kus külmaaine allutatakse alandatud rõhule. Selle protsessi käigus langeb ka külmaaine temperatuur. Külmutusagensi kiirus suureneb kapillaaridest läbimisel, mida saab seletada Bernoulli printsiibiga. Vedeliku kiiruse suurenedes rõhk väheneb, mis põhjustab külmaaine muutumise madala temperatuuri ja madalrõhu vedelikuks kapillaarist läbimisel.
Pärast kapillaaride läbimist liigub külmaaine aurustisse. Sel hetkel on külmaaine külmem kui külmiku sisetemperatuur ja see neelab seestpoolt soojust. Pärast soojuse neeldumist muutub külmaaine tagasi gaasiks ja sisetemperatuur langeb. Külmaaine naaseb kompressorisse ja kordub sama protsess, hoides külmiku sees temperatuuri.
Siiani oleme näinud, kuidas külmkapp töötab, milline on selle sisemine struktuur ja iga komponendi roll. Nagu näete, on külmkapi sees madala temperatuuri hoidmine keerulisem ja teaduslikum protsess, kui arvata oskate. See on hetk, mil mõistame, et külmkapp, mida me iga päev iseenesestmõistetavaks peame, on tegelikult geniaalne leiutis, mis oli inseneride uurimistöö ja katsete tulemus. Järgmisel korral, kui avate oma külmkapi ukse, on hea mõte tänada selle loonud inimesi nende raske töö eest.
