Fysiikka

Kuinka jääkaapit toimivat? (Jatkuu)


Termodynaamiset prosessit

Lyhyesti sanottuna suosittujen jääkaappien toiminta perustuu lämmönsiirtoprosessiin kylmästä lähteestä kuumaan lähteeseen. Tämä prosessi ei kuitenkaan ole spontaani: tämän siirto on mahdollista tietyn määrän ulkoista energiaa, joka tapahtuu työn muodossa. Selvyyden vuoksi kylmä lähde on pakastin ja kuuma lähde on lauhdutin (jota kutsutaan myös jäähdyttimeksi).

Analysoimme nyt termodynaamisia jaksoja, jotka tapahtuvat jääkaapin käytön aikana. Tarkastele tätä varten alla oleva kuva.

Tämä kuvaaja edustaa mukana olevaa sykliä PV-kaavion avulla, joka on jaettu viiteen prosessiin. On selvää, että tämä on jaksojen idealisointi, koska esimerkiksi mahdollisia energiahäviöitä ei ole odotettavissa.

Katsotaanpa mitä tapahtuu syklin jokaisessa vaiheessa.

* 1 - 2: adiabaattinen pakkaus

Nostamalla nestepainetta kompressori vähentää tilavuutta. Koska tämä prosessi tapahtuu niin nopeasti, että energiahäviöt ovat minimaaliset, voidaan sitä pitää adiabaattisena prosessina. Kompressorin suorittama työ on vastuussa nesteen sisäisen energian kasvattamisesta ja siten sen lämpötilan nostamisesta.

* 2 - 3: isobarinen jäähdytys

Neste alkaa menettää energiaa lämmön muodossa, ja kun kompressori pitää paineen korkeana ja vakiona, tilavuus ja lämpötila laskee.

* 3 - 4: tiivistyminen

Silti lauhduttimessa ja korkean paineen alaisena neste menettää enemmän energiaa lämmön muodossa. Tämän takia nesteen tilavuus ja lämpötila alenevat edelleen ja muuttuvat kaasumaisesta nestetilaan. Tärkeää on, että tähän asti neste oli kaasumaisessa tilassa.

* 4 - 5: adiabaattinen laajennus

Korkeassa paineessa neste virtaa kapillaariputken läpi ja putken ulostulossa se laajenee. Koska tämä laajeneminen tapahtuu erittäin nopeasti, joten neste vaihtaa pienen määrän energiaa (lämmön muodossa) naapuruston kanssa, voimme pitää prosessia adiabaattisena. Nesteen paine ja lämpötila kuitenkin laskevat, ja osa siitä höyrystyy. Siten neste esiintyy putken ulostulossa nestemäisinä pisaroina, jotka on suspendoitu höyryyn matalassa paineessa. Huomautus: Kapillaariputken alhainen paine on kompressorin toiminnan vaikutus, joka vetää kaasumaista nestettä tämän piirin osasta sen puristamiseksi lauhduttimeen.

* 5 - 1: Isobaarinen höyrystys

Höyrystimessä, matalassa ja jatkuvassa paineessa, jäljelle jäävät pisarat höyrystyy, absorboimalla energiaa (lämpöä) pakastimesta. Haihduttimesta poistuessaan neste on täysin kaasumaisessa tilassa ja alhaisessa paineessa, virtaa kompressoriin ja toistaa syklin.