Как сделать холодильную камеру своими руками: Как сделать холодильную камеру самостоятельно.

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 23 июля 2019 года.

Теперь вот крутая идея: металлическая коробка это помогает вашей еде дольше! Вы когда-нибудь задумывались, как холодильник сохраняет прохладу, спокойствие и собирается даже в блистер жара лета? Еда идет плохо, потому что бактерии размножаются внутри нее. Но бактерии растут менее быстро при более низких температурах, поэтому кулер можно держите еду, тем дольше она будет длитьсяХолодильник — это машина, которая хранит пищу в прохладном состоянии наука. Все время ваш холодильник гудит, жидкости превращаются в газы вода превращается в лед, а ваша еда остается очень вкусно Давайте внимательнее посмотрим, как работает холодильник!

Фото: типичный домашний холодильник или «холодильник» хранит еду при температуре примерно 0–5 ° C (32–41 ° F). Морозильные камеры работают аналогичным образом, но охлаждают до гораздо более низкой температуры, обычно от -18 до -23 ° C (от 0 до -10 ° F).Эта модель имеет холодильник (светло-желтый ящик наверху), который действует как мини-морозильник, который должен быть при температуре морозильной камеры, а не холодильника.

Как двигать что-то, чего вы даже не видите

Предположим, что ваша задача на сегодня — опустошить конюшню, полную ранга пахнущий конский навоз. Не самая хорошая работа, поэтому вы захотите это сделать как можно быстрее. Вы не сможете переместить все сразу, потому что это слишком много Чтобы сделать работу быстро, вам нужно Перемещайте столько навоза, сколько сможете за один раз.Лучше всего использовать тачка. Свалите навоз в курган, катите тачку снаружи, а затем вылить навоз в кучу во дворе конюшни. С участием За несколько таких поездок вы можете перенести навоз из конюшни снаружи.

Перемещать то, что вы видите, легко. Но теперь давайте дадим вам тяжелее рутина. Ваша новая задача — перенести тепло изнутри холодильник на улицу, чтобы сохранить вашу еду свежей. Как вы можете двигаться что-то, чего ты не видишь? Вы не можете использовать тачку на этот раз.Не только это, но вы не можете открыть дверь, чтобы получить тепло внутри, или Вы позволите жаре снова вернуться. Ваша миссия состоит в том, чтобы удалить жара, постоянно, не открывая дверь ни разу. запутанный проблема, а? Но это не невозможно — по крайней мере, если вы понимаете наука о жидкостях и газах.

Как перенести тепло с газом

Давайте сделаем шаг назад и посмотрим, как ведут себя газы. Если вы когда-либо накачивал шины на велосипеде, вы будете знать, что велосипедный насос скоро становится довольно тепло.Причина в том, что газы нагреваются, когда вы сжать (сжать) их. Сделать опору шины вес велосипеда и вашего тела, вы должны сжать воздух в это при высоком давлении. Накачка делает воздух (и насос, через который он проходит) немного горячее. Зачем? Как и ты Сожмите воздух, вы должны работать над насосом. энергия, которую вы используете в перекачке, преобразуется в потенциальная энергия в сжатом газе: газ в шине находится на более высоком давление и более высокая температура, чем прохладный воздух вокруг вас.если ты сжать газ в половину объема, энергия тепла его молекулы Содержит заполняет только половину пространства, поэтому температура газа поднимается (становится жарче).

Artwork: Газы нагреваются, когда вы сжимаете их в меньший объем, потому что вы должны работать подтолкнуть их энергичные молекулы ближе друг к другу. Например, когда вы накачиваете велосипедную шину, насос всасывает воздух и сдавливает это в меньше места. Это объединяет его молекулы (красные пятна) и нагревает его.

Перемещение большего количества тепла за счет превращения газов в жидкости и обратно

Если у вас изобретательный тип ума, вы, вероятно, можете вообразить, как выковываете некое подобное насосу приспособление, которое накачивает велосипедную шину в одном месте, а затем выкачивает ее в другом месте, которое будет переносить тепло между ними. Хотя это неуклюжая идея, и мы не можем так сильно переносить жару: для начала нам понадобится очень много газа. Мы могли бы, однако, переместить приличное количество тепла, позволяя газу расширяться и сжиматься намного больше, чтобы он превращался в жидкость и возвращался обратно — другими словами, превращая его в другое состояние вещества.

Как это будет работать? Посмотрите, что происходит с аэрозольным баллоном, который содержит жидкость, хранящуюся под давлением. Когда вы распыляете аэрозоль на руку, вы, вероятно, замечаете, что он действительно холодный. Это , отчасти , потому что часть жидкости охлаждается и испаряется (превращается в газ), когда покидает банку. Но это также потому, что часть жидкости попадает в вашу теплую кожу и испаряется в этот момент: она превращается в газ, крадя тепло у вашего тела — и это делает вашу кожу более прохладной.Это говорит нам о том, что расширение жидкостей и превращение их в газы — очень эффективный способ отвода тепла от вещей. В этом нет ничего удивительного: так работает потливость и почему собаки высовывают язык, чтобы остыть в жаркие дни.

Фото: жидкости могут превращаться в газы (и газы охлаждаются), когда вы позволяете им расширяться до большего объема. Вот почему аэрозольные баллончики чувствуют себя так холодно.

Несмотря на то, что твердые частицы и жидкости занимают , в общем и целом, места, газы занимают гораздо больше места, чем оба.Молекулы в твердом теле или жидкости довольно близко друг к другу и притягивают друг друга с большой силой. Когда жидкость превращается в газ или испаряется, некоторые из ее более энергичных молекул распадаются и отрываются. Для этого требуется много энергии, которая известна как скрытая теплота испарения , и эта энергия должна исходить из самой жидкости или чего-то поблизости. Другими словами, превращение жидкости в газ — это способ убрать энергию из чего-то, а превращение газа обратно в жидкость — это способ высвободить эту энергию снова.По сути, именно так холодильники переносят тепло из своего холодильного шкафа в помещение снаружи. Они превращают жидкость в газ внутри холодильного шкафа (чтобы извлечь тепло из хранимых продуктов), перекачивают его за пределы шкафа и снова превращают его в жидкость (чтобы отвести тепло снаружи).

Анимация: Основная идея того, что иногда называют механическим охлаждением. Внутри холодильника (1) мы превращаем жидкость в газ, чтобы улавливать тепло из холодильного шкафа (2), прокачиваем его снаружи машины, а затем превращаем обратно в жидкость, чтобы отводить тепло (3).

Цикл нагрева и охлаждения

Сжимая газы в жидкости, мы можем выделять тепло; позволяя жидкости расширяться в газы, мы можем впитывать тепло. Как мы можем использовать эту полезную часть физики, чтобы сдвинуть тепло изнутри холодильника наружу? Предположим, мы сделали трубу, которая была частично внутри холодильника, частично снаружи и герметично был непрерывный цикл. И предположим, что мы наполнили трубу тщательно выбранный химикат (один с низкой температурой кипения), который легко меняется взад и вперед между жидкостью и газом, который известен как хладагент , или хладагент , .Внутри холодильника мы можем сделать трубу внезапно шире, поэтому жидкий хладагент расширится в газ и охладит шкаф чиллера как это протекало через это. За пределами холодильника у нас может быть что-то вроде велосипедного насоса для сжатия газ, выпустить его тепло и превратить его обратно в жидкость. Если химическое вещество текло вокруг и вокруг петля, расширяясь, когда она была внутри холодильника и сжимая когда он был снаружи, он постоянно поднимал тепло изнутри и нести его наружу, как ленточный конвейер тепла.Таким образом, мы мог постоянно переносить тепло из холодного места (внутри холодильника) к более горячему (вне его), который не является чем-то, что законы физики позволяют происходить автоматически (оставленный на его собственные устройства, тепловые потоки от более горячих вещей к более холодным).

И, к удивлению, это почти как холодильник работает. Есть некоторые дополнительные детали, которые стоит отметить. Внутри холодильник, труба расширяется через сопло, известное как расширительный клапан (более технически это то, что называется фиксированным отверстием).Когда жидкий хладагент проходит через него, он резко охлаждает и превращает частично в газ. Этот кусочек науки иногда называют эффект Джоуля-Томсона (или Джоуля-Кельвина) для физиков, которые его обнаружили Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) и Уильям Томсон (Лорд Кельвин, 1824–1907). Вы не будете удивлены, обнаружив, что Компрессор снаружи холодильник не очень велосипедный насос! Это на самом деле насос с электрическим приводом. Это вещь, которая заставляет холодильник гудеть время от времени.Компрессор прикрепленный к решетчатому устройству под названием конденсатор (вид тонкого радиатора за холодильником), который вытесняет нежелательная жара.

Фото: влажный воздух внутри вашего холодильника содержит водяной пар. Когда холодильник остывает, эта вода превращается в лед. самая холодная часть вашего холодильника — это холодильник наверху. Это потому что расширительный клапан находится рядом с ним.

Фото: вот компрессор из типичного холодильника.Обратите внимание на трубы, несущие охлаждающую жидкость в одну сторону и наружу в другую. Вы не сможете увидеть это устройство, если не уберете прибор от стены, потому что он спрятан вокруг спины и внизу. Смотрите больше фотографий об этом в поле ниже.

Почему охлаждение требует времени?

Как и все остальное в нашей вселенной, холодильники должны подчиняться фундаментальному закону физики, называемому сохранение энергии. Суть в том, что вы не можете создать энергия из ничего или заставить энергию исчезнуть в воздухе: вы можете когда-либо преобразовывать энергию только в другие формы.Это имеет некоторые очень важные последствия для пользователей холодильников.

Во-первых, это разрушает миф о том, что вы можете охладить свою кухню, оставив дверь холодильника открытой. Не правда! Как мы только что видели, холодильник работает, «всасывая» тепло из холодильной камеры охлаждающей жидкостью, затем перекачивать жидкость за пределы шкафа, где она выделяет тепло. Таким образом, если вы удалите определенное количество тепла из холодильника, теоретически, точно такое же количество появится снова, как тепло вокруг спины (на практике вы получаете немного больше тепла, выделяемого, потому что двигатель не совсем эффективен, и он также выделяет высокая температура).Оставьте дверь открытой, и вы просто перемещаете тепловую энергию из одной части вашей кухни в другую.

Закон сохранения энергии также объясняет, почему для охлаждения или замораживания продуктов в холодильнике или морозильной камере требуется так много времени. Пища содержит много воды, которая состоит из очень легких молекул (водород и кислород — два самых легких атома). Даже небольшое количество жидкости на водной основе (или пищи) содержит огромных молекул, каждая из которых требует энергии для нагревания или охлаждения.Вот почему требуется несколько минут, чтобы вскипятить даже чашку или две воды: молекул для нагрева гораздо больше, чем если бы вы пытались вскипятить что-то вроде чашки из расплавленного железа или свинцового металла. То же самое относится и к охлаждению: для отвода тепла от водянистых жидкостей, таких как фруктовый сок или еда, требуются энергия и время. Вот почему замораживание или охлаждение пищи занимает так много времени. Дело не в том, что ваш холодильник или морозильник неэффективен: просто нужно добавлять или удалять большое количество энергии, чтобы водяные предметы изменяли свою температуру более чем на несколько градусов.

Узнайте больше

На этом сайте

• Кондиционеры: работают аналогично холодильникам.
• Осушители: используйте технологию холодильников для удаления воды из вашего дома.
• Состояния вещества: почему вещества являются твердыми веществами, жидкостями или газами и как они могут изменяться в разных условиях.

Статьи

• Термометры-холодильники — холодные факты о безопасности пищевых продуктов: Управление по контролю за продуктами и лекарствами США, 30 октября 2017 г.Четкое руководство для безопасного хранения охлажденных продуктов при правильных температурах.
• Холодильник LG с французскими дверьми от компании Erik Malinowski обеспечивает холодную еду. Wired, 12 января 2012 г. Как новый холодильник использует «шоковый охладитель» для охлаждения банок для напитков всего за пять минут.
• Когда Холодильники согревают планету, Мэтью Л. Уолд. The New York Times, 26 апреля 2011 года. Есть ли надежда, что кто-то сделает экологически чистый холодильник?
• Wired: This Day in Tech: 11 ноября 1930 года: Эйнштейн становится ледяным от Alexis Madrigal, Wired, 11 ноября 2009 года.Как Альберт Эйнштейн и Лео Сцилард разработали альтернативный метод охлаждения с использованием химических реакций.
• Разгромление холодильника. Стивен Куруц. The New York Times, 4 февраля 2009 г. Можете ли вы обойтись без холодильника? Как некоторым экологам удалось прожить без такового.
• Почему так много холодильников выбрасывают?: BBC News, 25 ноября 2004 года. Почему холодильники не работают так долго, как раньше?

Книги

Популярное

Технические

Патенты