Wie Kühlschränke arbeiten - Erklären Sie, dass Stuff
N ow hier ist eine coole Idee: ein Metallkasten, die Ihre Lebensmittel länger hilft! Haben Sie schon einmal zu denken aufgehört, wie ein Kühlschrank kühl, ruhig hält, und auch in der glühenden Hitze des Sommers gesammelt? Essen geht schlecht, weil Bakterien in sie züchten. Aber Bakterien wachsen weniger schnell bei niedrigeren Temperaturen, so dass die Kühler können Sie Lebensmittel halten, desto länger wird es dauern. Ein Kühlschrank ist eine Maschine, die Essen kühl mit einigen sehr klugen Wissenschaft hält. Die ganze Zeit über Ihren Kühlschrank weg summt, Flüssigkeiten in Gasen Drehen, Wasser verwandelt sich in Eis, und das Essen ist köstlich bleiben frisch. Werfen wir einen genaueren Blick auf, wie ein Kühlschrank funktioniert!
Foto: Ein typischer Haushaltskühlschrank oder „Kühlschrank“ hält Lebensmittel bei einer Temperatur etwa 0-5 ° C (32-41 ° F). Gefriergeräte arbeiten in ähnlicher Weise, aber abkühlen zu einer viel niedrigeren Temperatur, typischerweise -18 bis -23 ° C (0 bis -10 ° F).
Wie man etwas bewegen Sie nicht einmal sehen
Angenommen, Ihre Aufgabe für heute ist ein Stall voller Rang riechend Pferdemist zu leeren. Nicht das schönste von Arbeitsplätzen, so dass Sie es tun wollen so schnell wie möglich. Sie werden es nicht alle auf einmal bewegen können, zu, weil es zu viel davon ist. Um den Job zu erledigen schnell zu bekommen, müssen Sie so viel Mist bewegen, wie Sie in einem Rutsch. Das Beste, was zu tun ist, eine Schubkarre zu verwenden. Ramm-Dung nach oben in die Schubkarren, das Rad Schubkarren außen und dann entleeren die Dung in einen Stapel in dem stabilen Hof. Mit einigen dieser Reisen können Sie den Dung verschieben sich von im Stall nach außen.
etwas bewegen, können Sie sehen, ist einfach. Aber jetzt geben wir Ihnen eine härtere lästige Pflicht. Ihre neue Aufgabe ist es, die Wärme aus dem Inneren eines Kühlschranks nach außen zu bewegen, Ihre Lebensmittel frisch zu halten. Wie kann man etwas bewegen Sie nicht sehen können? Sie können nicht eine Schubkarre diese Zeit nutzen. Nicht nur das, aber man kann nicht öffnen Sie die Tür an der Wärme im Inneren zu erhalten, oder Sie werden die Wärme gerade wieder ein lassen. Ihre Mission ist es, die Wärme zu entfernen, ständig, ohne die Tür noch einmal geöffnet wird. Kniffliges Problem, nicht wahr? Aber es ist nicht unmöglich, zumindest nicht, wenn man die Wissenschaft der Gase zu verstehen.
Wie man Wärme mit einem Gas bewegen
Lassen Sie uns einen Moment zur Seite treten und schauen, wie Gase verhalten. Wenn Sie jemals die Reifen auf einem Fahrrad aufgepumpt. Sie wissen, dass eine Fahrradpumpe bald recht warm wird. Der Grund dafür ist, dass Gas erwärmen, wenn Sie (Squeeze), um sie zu komprimieren. Um die Reifen zu machen das Gewicht des Fahrrads unterstützen und Ihren Körper, haben Sie Luft in sie bei einem hohen Druck zu drücken. Pumping macht die Luft (und die Pumpe durchläuft) ein wenig wärmer. Warum? Wie Sie die Luft drücken, haben Sie mit der Pumpe ziemlich hart zu arbeiten. Die Energie, die Sie beim Pumpen verwenden wird in potentielle Energie in dem komprimierten Gas umgewandelt: das Gas in den Reifen bei einem höheren Druck und höhere Temperatur als die kühle Luft um Sie herum. Wenn Sie ein Gas in die Hälfte des Volumens drücken, enthalten die Wärmeenergie seiner Moleküle füllt nur halb so viel Raum, so dass die Temperatur des Gases steigt (es wird heißer).
Links: Gas heißer werden, wenn Sie in weniger Volumen sie komprimieren, weil Sie arbeiten müssen, ihre energetischen Moleküle näher zusammen zu schieben.
Der Heiz- und Kühlkreislauf
Foto: Flüssigkeiten können Gase drehen (und Gas abkühlen), wenn man sich in mehr Volumen erweitern lassen. Deshalb Aerosolsprays so kalt.
Durch Gase komprimiert, machen wir sie heißer; indem es ihnen zu erweitern, stellen wir sie kühler. Wie können wir dieses handlich bisschen Physik verwenden, um Wärme aus dem Innern eines Kühlschranks zu verschieben? Angenommen, wir ein Rohr hergestellt, das teilweise in einem Kühlschrank war und teilweise außerhalb desselben, und abgedichtet, so dass es eine kontinuierliche Schleife ist. Und nehmen wir an das Rohr mit einem Gas gefüllt. Im Innern des Kühlschranks, könnten wir das Rohr allmählich breiter bekommen machen, so würde das Gas expandiert und cool, wie es durch sie geflossen ist. Außerhalb des Kühlschranks, könnten wir so etwas wie eine Fahrradpumpe haben, um das Gas zu komprimieren und seine Wärme freisetzen. Wenn das Gas um und um die Schleife strömte, expandiert, wenn es im Kühlschrank war und Komprimieren, wenn es draußen wurde, wäre es immer wieder Wärme aus dem Innern aufnehmen und trägt es nach außen hin wie ein Wärmetransportband.
Und was für eine Überraschung, das ist fast genau wie ein Kühlschrank funktioniert. Es gibt einige zusätzliche Details erwähnenswert. Im Inneren des Kühlschranks, dehnt sich das Rohr eine Düse als ein Expansionsventil bekannt, durch. Wenn das Gas durch ihn geht, kühlt es dramatisch. Dieses Bit der Wissenschaft wird manchmal als die Joule-Thomson (oder Joule-Kelvin) Wirkung für die Physiker bekannt, die es, James Prescott Joule (1818-1889) und William Thomson (Lord Kelvin, 1824-1907) entdeckt. Sie werden überrascht sein, zu entdecken, nicht, dass der Kompressor außerhalb des Kühlschranks nicht wirklich eine Fahrradpumpe ist! Es ist eigentlich eine elektrisch angetriebene Pumpe. Es ist die Sache, die jeder so oft einen Kühlschrank Brummen macht. Der Kompressor ist an einen Grill artige Einrichtung ein Kondensator (eine Art dünnen Kühler hinter dem Kühlschrank) genannt, das die unerwünschte Wärme ausstößt. Schließlich wird das Gas, das um das Rohr zirkuliert ist eigentlich eine speziell konstruierter Chemikalie, die zwischen wird, um eine kühle Flüssigkeit und ein heißes Gas abwechselt. Diese Chemikalie wird als Kühlmittel oder Kühlmittel bekannt.
Foto: Feuchte Luft in Ihrem Kühlschrank enthält Wasserdampf. Wenn der Kühlschrank kühlt, wird das Wasser zu Eis. Der kälteste Teil des Kühlschranks ist das Eisfach an der Spitze. Das ist, weil das Expansionsventil direkt daneben platziert wird.
Foto: Hier ist der Kompressor von einem typischen Kühlschrank. Beachten Sie die Rohrleitungen des Kühlmittels in einer Seite trägt, und auf der anderen. Sie können dieses Gerät nicht sehen, wenn Sie Ihr Gerät von der Wand weg zu ziehen, weil es sich um die Rückseite entfernt und am Boden versteckt ist. Sehen Sie mehr Fotos davon unten in der Box.
Wie ein Kühlschrank funktioniert
Hier ist, was in Ihrem Kühlschrank geschieht, wie wir sprechen! Die linke Seite des Bildes zeigt, was im Inneren des Kühlregal passiert (wo Sie Ihre Lebensmittel halten). Die gepunktete Linie und rosaer Bereich zeigen die Rückwand und die Innenisolierung von außen zu trennen. Die rechte Seite des Bildes zeigt, was sich um die Rückseite des Kühlschranks geht, aus den Augen.
- Das Kühlmittel ist eine Flüssigkeit, wie er das Expansionsventil (gelb) eintritt. Wie es läuft, macht der plötzliche Druckabfall es zu erweitern, cool, und zu einem Gas (wie ein flüssiges Aerosol in ein kühles Gas verwandelt, wenn man es aus der Dose Spray).
- Wenn das Kühlmittel um das Kühlregal fließt (in der Regel um ein Rohr in der Rückwand vergraben), absorbiert sie und führt Wärme im Innern von der Nahrung.
- Der Kompressor quetscht das Kühlmittel, deren Temperatur und Druck zu erhöhen. Es ist jetzt ein heißes Hochdruckgas.
- Das Kühlmittel fließt durch dünne Heizungsrohre auf der Rückseite des Kühlschranks, seine Wärme zu geben und Abkühlen wieder in eine Flüssigkeit, wie es dies tut.
- Das Kühlmittel fließt zurück durch den isolierten Schrank mit dem Expansionsventil und der Zyklus wiederholt sich. So wird ständig Wärme aus dem Inneren des Kühlschranks abgeholt und legte sich wieder außerhalb.
Foto: Dies ist, was ein Kühlschrank wie in der Realität aussieht, wenn Sie werfen Sie einen Blick auf der Rückseite. Sie können den großen schwarzen Kompressor an der Unterseite sehen (die 3 in dem Diagramm oben nummeriert ist) und das dünne Rohr des Kühlmittel an der Rückseite fließt durch Wärme zu zerstreuen.
Foto: Hier ist eine Nahaufnahme. Das Kühlmittel fließt durch das dickere, abgerundete, horizontale Schwarz Rohr (die die roten Linien entspricht, nummerierte 4 in unserem Schema oben). Die vielen dünnen Drähten, die zwischen den Rohren sind einfache Kühlrippen ausführen, die die Wärme von den Rohren transportieren helfen, und es in die Luft abzuführen.
Warum dauert Abkühlzeit?
Wie alles andere in unserem Universum, Kühlschränke ein Grundgesetz der Physik der Erhaltung der Energie genannt gehorchen. Der Kern ist, dass Sie keine Energie aus dem Nichts schaffen können oder Energie in Luft auflösen machen: Sie können immer nur Energie in andere Formen umwandeln. Dies hat einige sehr wichtige Implikationen für die Kühlschrank-Nutzer.
Erstens, es sprengt den Mythos, dass Sie Ihre Küche, indem man die Kühlschranktür offen kühlen können. Nicht wahr! Wie wir gerade gesehen haben, funktioniert ein Kühlschrank mit „aufsaugt“ Wärme aus dem Kühlregal mit einer Kühlflüssigkeit, um das Fluid außerhalb des Schaltschranks Pumpen und Verdichten es dann seine Wärme freizusetzen. Also, wenn Sie eine bestimmte Menge an Wärme aus dem Inneren Ihres Kühlschranks, in der Theorie entfernen, genau die gleiche Menge wie Wärme erscheint wieder auf der Rückseite (in der Praxis erhalten Sie mehr Wärme leicht abgegeben, da der Motor nicht vollkommen effizient ist und es ist auch Abgabe Hitze). Lassen Sie die Tür offen und Sie sind einfach Wärmeenergie von einem Teil Ihrer Küche zum anderen zu bewegen.
Das Gesetz der Erhaltung der Energie erklärt auch, warum es so lange dauert Essen in einem Kühlschrank oder einem Gefrierschrank zu kühlen oder einzufrieren. Lebensmittel enthält eine Menge Wasser, die aus sehr leicht Molekülen besteht (Wasserstoff und Sauerstoff sind zwei der leichtesten Atome). Schon eine kleine Menge von Flüssigkeit auf Wasserbasis (oder Nahrung) enthält eine große Anzahl von Molekülen, von denen jede Energie nimmt zu erwärmen oder abkühlen. Deshalb ist es ein paar Minuten in Anspruch nimmt sogar eine Tasse oder zwei von Wasser zu kochen: es gibt weit mehr Moleküle als zu heizen, wenn Sie versuchen, so etwas wie eine Tasse aus geschmolzenem Eisen oder Blei Metall zum Kochen bringen. Gleiches gilt für die Kühlung: es braucht Zeit und Energie Wärme aus wässrigen Flüssigkeiten wie Fruchtsaft oder Nahrung zu entfernen. Deshalb Einfrieren oder Kühlen von Lebensmitteln so lange dauert. Es ist nicht, dass Ihr Kühlschrank oder Gefrierschrank ineffizient ist: es ist einfach, dass Sie hinzufügen müssen oder große Mengen an Energie zu entfernen, um wässrige Dinge ihre Temperatur um mehr zu machen ändern als ein paar Grad.
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