دفعه بعد که در یک روز گرم یک نوشیدنی سرد یخی میل کردید، باید از یخچال (و فریزر داخل هواپیما) برای نوشیدنی خنک با طراوت تشکر کنید. خیلی وقت پیش نبود که برای به دست آوردن یک نوشیدنی خنک با چند تکه یخ شناور در داخل، مجبور بودید خیلی پولدار یا ارتباط خوبی داشته باشید. امروزه، ما یخچال را امری بدیهی می دانیم، اما روزی روزگاری، ثروت های زیادی بدست می آمد که بلوک های بزرگ یخ را به سرتاسر جهان در انبارهای عایق حمل می کردند تا به ثروتمندان بفروشند.یخچال فریز ها چگونه کار می کنند؟
قبل از سرد شدن، نگهداری مواد غذایی کار بزرگی بود. می‌توانید غذاها را نمک بزنید، و در زمستان، می‌توانید غذا را در برف دفن کنید و امیدوار باشید که موجودات آن را پیدا نکنند. با این حال، برای اینکه با اقلام ضروری بمانید، باید روی آن کار می‌کردید – یا پول زیادی می‌ریختید. تبرید اختراعی است که شیوه زندگی روزمره ما را تغییر داد. امروزه می‌توانیم غذا را راحت‌تر حفظ کنیم، بنابراین در مورد بیماری‌های ناشی از غذا نگرانی کمتری داریم. عرضه غذا نیز پایدارتر است. آن گالن شیر می‌تواند چند هفته در یخچال بماند در حالی که چند ساعت روی میز شما می‌ماند. این بزرگ است. این بدان معناست که اگر می خواهید شیر منظمی داشته باشید، نیازی به نگهداری گاو در حیاط خانه خود ندارید.
اصول سرما سازی در یکی دیگر از لوازم خانگی مهم نیز کار می کند: تهویه مطبوع. تخمین زده می شود که حدود 5 درصد از کل انرژی الکتریکی مورد استفاده در ایالات متحده صرف خنک نگه داشتن خانه های ما می شود. این بسیار شگفت‌انگیز است، مخصوصاً وقتی این واقعیت را در نظر بگیرید که اصل پشت اکثر یخچال‌ها ساده است. در اینجا در یک جمله آمده است: هنگامی که یک مایع تبخیر می شود، در این فرآیند گرما را جذب می کند. اگر می‌خواهید از شر گرما خلاص شوید، باید یک مایع را به حالت گازی تبدیل کنید.
برای اینکه بفهمیم یخچال فریز ها چگونه کار می کنند باید هدف از سرما سازی داشته باشیم. دلیل اصلی داشتن یخچال سرد نگه داشتن مواد غذایی است. دمای سرد کمک می کند تا غذا برای مدت طولانی تری تازه بماند. ایده اصلی در یخچال این است که فعالیت باکتری ها (که همه مواد غذایی حاوی آن هستند) را کاهش دهیم تا زمان بیشتری طول بکشد تا باکتری ها غذا را خراب کنند.
به عنوان مثال، اگر شیر در دمای اتاق روی پیشخوان آشپزخانه گذاشته شود، باکتری ها ظرف دو یا سه ساعت شیر را فاسد می کنند. با این حال، با کاهش دمای شیر، برای یک یا دو هفته تازه می‌ماند – دمای سرد داخل یخچال، فعالیت باکتری‌ها را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. با منجمد کردن شیر می توانید باکتری ها را به طور کامل متوقف کنید و شیر می تواند ماه ها دوام بیاورد (تا زمانی که اثراتی مانند سوختگی در فریزر شروع به فاسد شدن شیر به روش های غیر باکتریایی کند).
سرد کردن و انجماد دو مورد از رایج ترین شکل های نگهداری مواد غذایی هستند که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد روش‌های دیگر نگهداری مواد غذایی، به نحوه عملکرد نگهداری غذا مراجعه کنید.
اگر کمی الکل مالیدن روی پوست خود بریزید، احساس سردی می کنید — واقعاً سرد. در یخچال نیست، پس چگونه این اتفاق می افتد؟ خوب، الکل در دمای اتاق تبخیر می شود، همانطور که آب در دمای پایین در فر تبخیر می شود. همانطور که تبخیر می شود، گرمای سطح پوست شما را جذب می کند و پوست شما را خنک تر می کند. یک خنک کننده خاص به نام مبرد در یخچال به روشی عمل می کند که الکل روی پوست شما کار می کند، به جز در یخچال، مایع خنک کننده در داخل یک سری سیم پیچ ها محبوس می شود. همانطور که مداری را از طریق آنها ایجاد می کند، از مایع به گاز تبدیل می شود.
برای انجام این کار سرد، یخچال از پنج جزء اصلی استفاده می کند:
کمپرسور
لوله های مبدل حرارتی (مجموعه لوله های سرپانتین یا کلاف در خارج از واحد)
شیر انبساط
لوله های مبدل حرارتی (مجموعه لوله های سرپانتین یا کلاف داخل واحد)
سرما ساز (مايعي كه در داخل يخچال تبخير مي شود تا دماي سرد ايجاد كند)
برای اینکه بفهمیم یخچال فریز ها چگونه کار می کنند باید بفهمیم داخل یخچال چه اتفاقی می افتد، اجازه دهید کمی بیشتر در مورد نحوه عملکرد مبردها بیاموزیم. شما نیاز خواهید داشت:
یک کاسه شیشه ای مخصوص فر پر از آب
دماسنج با قابلیت اندازه گیری حداقل 450 درجه فارنهایت (232.2 درجه سانتیگراد)
دماسنج را به ظرف پر آب اضافه کنید و هر دو را در فر قرار دهید. فر را روی 400 درجه فارنهایت (204.4 درجه سانتیگراد) قرار دهید.
با گرم شدن فر دمای آب بالا می رود تا به 212 فارنهایت (100 درجه سانتیگراد) برسد و شروع به جوشیدن کند. دمای آب در 212 درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد) باقی می ماند حتی اگر به طور کامل توسط محیط 400 درجه فارنهایت در داخل فر احاطه شده باشد. اگر بگذارید تمام آب بجوشد، دمای دماسنج تا 400 درجه فارنهایت (232.2 درجه سانتیگراد) بالا می رود.
بیایید به این آزمایش به شکل دیگری نگاه کنیم: وجود یک موجود عجیب و غریب را تصور کنید که می تواند با خوشحالی در کوره ای با دمای 400 درجه فارنهایت زندگی کند. بیایید او را مکس صدا کنیم. اگر مکس در فری با دمای 400 درجه فارنهایت در کنار یک کاسه آبی که با دمای 212 درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد) در حال جوشیدن است بگذرد، چه احساسی نسبت به آن آب دارد؟ او فکر می کند آب جوش واقعا سرد است. به هر حال، آب جوش 188 درجه سردتر از 400 درجه فارنهایتی است که او فکر می کند راحت است. این یک تفاوت دما زیاد است!
این دقیقاً همان چیزی است که انسان با نیتروژن مایع سروکار دارد. ما در دمای 70 درجه فارنهایت (21.1 درجه سانتیگراد) احساس راحتی می کنیم، اما نیتروژن مایع در -320 درجه فارنهایت (195.5- درجه سانتیگراد) می جوشد. اگر یک قابلمه نیتروژن مایع روی میز آشپزخانه نشسته بودید، دمای آن در 320- درجه فارنهایت (195.5- درجه سانتیگراد) در حال جوشیدن بود – البته برای شما احساس سردی فوق العاده ای داشت (آنقدر سرد که می سوزد. شما!).
یخچال فریز های مدرن چگونه کار می کنند؟ از یک چرخه بازسازی برای استفاده مجدد از مبرد یکسان استفاده می کنند. با به خاطر سپردن مکس و کاسه آب او، می توانید ایده ای از نحوه کار این کار به دست آورید. او به راحتی می تواند با انجام مراحل زیر یک چرخه بازسازی ایجاد کند:
کاسه آب در نمونه فر می جوشد و در دمای 212 درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد) باقی می ماند اما مقدار زیادی بخار 400 درجه فارنهایت تولید می کند. فرض کنید مکس این بخار را در یک کیسه بزرگ جمع می کند.
هنگامی که تمام آب به جوش آمد، Max بخار را در یک ظرف فولادی تحت فشار قرار می دهد، جایی که با افزایش فشار، دما به 800 درجه فارنهایت (426.6 درجه سانتیگراد) افزایش می یابد. اکنون، مکس فکر می‌کند که ظرف فولادی واقعاً “گرم” است زیرا به جای بخار 400 درجه فارنهایت، بخار 800 درجه فارنهایت (426.6 درجه سانتیگراد) دارد.
ظرف استیل گرمای اضافی خود را به هوای داخل فر می فرستد یا دفع می کند و در نهایت دمای فر به 400 درجه فارنهایت می رسد. در این فرآیند، بخار پرفشار موجود در ظرف به آب تحت فشار متراکم می شود.
در این مرحله، مکس آب را از ظرف تحت فشار فولادی در یک قابلمه رها می کند و بلافاصله شروع به جوشیدن می کند و دمای آن تا 212 درجه فارنهایت کاهش می یابد.
با تکرار این چهار مرحله، مکس می‌تواند بارها و بارها از همان آب برای تامین سرمایش استفاده کند
یخچال در آشپزخانه شما از چرخه ای مشابه آنچه در قسمت قبل توضیح داده شد استفاده می کند. اما در یخچال شما این چرخه پیوسته است. در مثال زیر فرض می کنیم که مبرد مورد استفاده آمونیاک خالص است که در دمای -27 درجه فارنهایت به جوش می آید. این چیزی است که برای خنک نگه داشتن یخچال اتفاق می افتد:
کمپرسور گاز آمونیاک را فشرده می کند و گاز فشرده با فشار (نارنجی) گرم می شود.
کویل های پشت یخچال به گاز آمونیاک داغ اجازه می دهند گرمای خود را از بین ببرد. گاز آمونیاک در فشار بالا به مایع آمونیاک (آبی تیره) متراکم می شود.
مایع آمونیاک با فشار بالا از طریق شیر انبساط جریان می یابد. می توانید شیر انبساط را به عنوان یک سوراخ کوچک در نظر بگیرید. در یک طرف سوراخ مایع آمونیاک با فشار بالا قرار دارد. در طرف دیگر سوراخ یک ناحیه کم فشار قرار دارد (زیرا کمپرسور گاز را از آن طرف می مکد).
آمونیاک مایع بلافاصله می جوشد و تبخیر می شود (آبی روشن)، دمای آن به 27- درجه فارنهایت کاهش می یابد. این باعث سرد شدن داخل یخچال می شود.
گاز آمونیاک سرد توسط کمپرسور مکیده می شود و چرخه تکرار می شود.
به هر حال، اگر تا به حال ماشین خود را در یک روز گرم تابستانی که کولر گازی روشن کرده اید خاموش کرده باشید، ممکن است صدای خش خش زیر کاپوت را شنیده باشید. این صدا صدای مبرد مایع با فشار بالا است که از شیر انبساط جریان می یابد.
گاز آمونیاک خالص برای افراد بسیار سمی است و در صورت نشتی یخچال تهدیدی محسوب می شود، بنابراین همه یخچال های خانگی از آمونیاک خالص استفاده نمی کنند. ممکن است در مورد مبردهایی شنیده باشید که CFC (کلروفلوئوروکربن) نامیده می شوند، که در ابتدا توسط Du Pont در دهه 1930 به عنوان جایگزینی غیر سمی برای آمونیاک ساخته شد. CFC-12 (دی کلرودی فلورومتان) تقریباً نقطه جوش مشابهی با آمونیاک دارد. با این حال، CFC-12 برای انسان سمی نیست، بنابراین استفاده از آن در آشپزخانه شما بی خطر است. بسیاری از یخچال های صنعتی بزرگ هنوز از آمونیاک استفاده می کنند.
در دهه 1970، کشف شد که CFCهای مورد استفاده برای لایه ازن مضر هستند، بنابراین از دهه 1990، همه یخچال‌ها و تهویه‌کننده‌های جدید از مبردهایی استفاده می‌کردند که برای لایه اوزون آسیب کمتری دارند.
یخچال ال جی ساید j267
یخچال ال جی ساید x257
یخچال ساید سامسونگ مدل rs50
اگر صاحب یک RV هستید، به احتمال زیاد یخچال گازسوز یا پروپان دارید. این یخچال‌ها به این دلیل جالب هستند که قطعات متحرک ندارند و از گاز یا پروپان به عنوان منبع انرژی اولیه استفاده می‌کنند. همچنین از گرما برای تولید سرمای داخل یخچال استفاده می کنند.
یک یخچال گازی از آمونیاک به عنوان خنک کننده و از آب، آمونیاک و گاز هیدروژن برای ایجاد یک چرخه پیوسته برای آمونیاک استفاده می کند. یخچال دارای پنج بخش اصلی است:
ژنراتور – گاز آمونیاک ایجاد می کند
جداکننده – گاز آمونیاک را از آب جدا می کند
کندانسور – جایی که گاز آمونیاک داغ سرد و متراکم می شود تا آمونیاک مایع ایجاد شود
اواپراتور – جایی که آمونیاک مایع به گاز تبدیل می شود تا دمای سرد را در داخل یخچال ایجاد کند
جاذب – گاز آمونیاک موجود در آب را جذب می کند
اینطوری کار میکنه:
گرما به محلول آمونیاک و آب در ژنراتور اعمال می شود.
هنگامی که مخلوط به نقطه جوش آمونیاک می رسد، به جداکننده جریان می یابد.
گاز آمونیاک به سمت بالا به کندانسور جریان می یابد، گرما را دفع می کند و دوباره به مایع تبدیل می شود.
آمونیاک مایع راه خود را به اواپراتور باز می کند و در آنجا با گاز هیدروژن مخلوط می شود و تبخیر می شود و دمای سرد داخل جعبه سرد یخچال ایجاد می کند.
گازهای آمونیاک و هیدروژن به سمت جاذب جریان می یابند. که در آن آب جمع آوری شده در جداکننده در مرحله شماره 2 با گازهای آمونیاک و هیدروژن مخلوط می شود.
آمونیاک با آب یک محلول تشکیل می دهد و گاز هیدروژن را آزاد می کند که به اواپراتور باز می گردد.
محلول آمونیاک و آب برای تکرار چرخه به سمت ژنراتور جریان می یابد.
اگر یک خنک کننده دم دستی دارید که به فندک شما وصل می شود، برای سرد نگه داشتن سالاد سیب زمینی به کیسه یخ نیاز نخواهید داشت. از یک فرآیند منحصر به فرد به نام اثر پلتیه، یک اثر ترموالکتریک، برای تولید دماهای سرد استفاده می کند. بسیار تمیز است، و چیزی که ما هنوز در مورد آن صحبت نکرده ایم.
به نام فیزیکدان فرانسوی قرن 19 که آن را کشف کرد، می توانید اثر پلتیه را خودتان با استفاده از یک باتری، دو تکه سیم مسی و یک تکه سیم بیسموت یا آهن ایجاد کنید. سیم های مسی را به دو قطب باتری وصل کنید و سپس سیم بیسموت یا آهن را بین دو تکه سیم مسی وصل کنید. (بیسموت/آهن و مس باید لمس شوند — این ارتباط است که باعث اثر پلتیه می شود.)
محل اتصال جریان از مس به بیسموت شروع به گرم شدن می کند و اتصالی که در آن جریان از بیسموت به محل اتصال مس می گذرد سرد می شود. حداکثر کاهش دما حدود 40 درجه فارنهایت (22.2 درجه سانتیگراد) از دمای محیط در محل اتصال گرم است.
همانطور که انتظار دارید، در یک کولر الکتریکی، اتصال گرم در خارج از واحد و اتصال سرد در داخل قرار می گیرد. برای تقویت اثر، کولرها حاوی تعداد زیادی اتصالات هستند.
کولر های برقی تنها اختراع برای خنک کردن نیستند. یخچال های خورشیدی نیز گزینه دیگری هستند. اگر قصد دارید زمانی را در کمپینگ بگذرانید (یا می خواهید استند هات داگ خود را راه اندازی کنید)، ممکن است نوشیدنی های خنک بخواهید اما برق لازم برای تامین انرژی یک یخچال استاندارد را ندارید. در حال حاضر، تعجب نخواهید کرد که تعدادی از راه حل های انرژی می توانند برق سیستم های تبرید را تامین کنند. در یک یخچال با انرژی خورشیدی، یک پنل خورشیدی ساده این کار را انجام می دهد. استفاده از پرتوهای خورشید برای ایجاد چیزی سرد؟ حالا این مبتکرانه است.
اگر صحبت از یخچال و سرما شد، آیا تا به حال از یکی از آن بسته های سرد فوری که شبیه یک کیسه پلاستیکی پر از مایع است استفاده کرده اید. شما آن را می زنید، آن را تکان می دهید و به شدت سرد می شود. اینجا چه خبره؟
مایع داخل بسته سرد آب است. در آب کیسه یا لوله پلاستیکی دیگری حاوی کود نیترات آمونیوم است. وقتی کیسه سرد را می زنید، لوله را می شکند تا آب با کود مخلوط شود. این مخلوط یک واکنش گرماگیر ایجاد می کند – گرما را جذب می کند. دمای محلول به مدت 10 تا 15 دقیقه به حدود 35 درجه فارنهایت کاهش می یابد. امیدوارم به جواب اینکه یخچال فریز ها چگونه کار می کنند؟ رسیده باشید.
تمامی حقوق محفوظ است
