قانون دوم ترمودینامیک و طرز کار یخچال

اگر دست خود را پشت یخچال بگذارید، خواهید دید که این ناحیه، گرم تر از هوای اتاق است. ممکن است وقتی در جلوی یخچال ایستاده اید، برخورد هوای گرم از آن را روی پای خود احساس کنید؛ در عین حال، قسمت داخلی محفظه انجماد یخچال بسیار سرد است!

یخچال از محفظه انجماد، انرژی می گیرد و آن را سردتر کرده و این گرمای گرفته شده را به اتاق می دهد و آن را گرم تر می کند.

بنابراین درست نیست که بگوییم یخچال، هوای سرد تولید می کند!

پیچه های تبادل گرما

این پیچه ها را می توانید در پشت یخچال های کوچک تر و شاید درون آن ها و نزدیک جایخی ببینید. نکته مهم آن است که اگر می توانستید از میان تمام پیچ خوردگی ها و دورهای یخچال، مسیر مجزای حلقه را دنبال کنید، یک مسیر دایره ای کامل از درون تا بیرون یخچال ایجاد خواهد کرد. تمام این لوله کشی های به هم پیچیده، یک حلقه بزرگ مانند شکل بالا تشکیل می دهند.

ممکن است برای شما این سؤال ایجاد شود که اگر این شکل، فقط یک حلقه بزرگ است، پس چرا این قدر پیچیده به نظر می رسد؟

تمام این مسیرهای زیگزاگ، برای آن است که لوله کشی، بیش تر در معرض هوا قرار بگیرد. وقتی ماده سردکننده از قسمت بیرونی یخچال جاری می شود (مرحله 1)، گرما به هوا انتقال پیدا می کند.

ماده سردکننده، گرم تر از هوا است و گرمای خود را دقیقا به همان روشی که شما گرمای بدن خود را در هنگام قرار گرفتن در محیط سرد از دست می دهید، از دست خواهد داد. اگر ماده سردکننده در پشت یخچال، به بیش ترین مقدار خود برسد و به داخل برگردد، زمان کافی برای این که انتقال حرارتی رخ دهد، وجود نخواهد داشت.

کمپرسور یا متراکم کننده:

چگونه ماده سردکننده گرم تر از هوای اتاق می شود؟ آیا عجیب نیست که این ماده دقیقا بعد از ترک کردن داخل یخچال، گرم می شود؟

چرا برخی از کوه ها در قله های خود برف دارند ولی در قسمت های پایین آن ها اثری از برف نیست؟ اگر بتوانید به یکی از این سؤالات پاسخ دهید، به تمام آن ها پاسخ خواهید داد.

جواب این سؤالات در قانون گاز کامل است. این قانون تشخیص می دهد که هنگامی که فشار گاز کاهش پیدا می کند، دمای آن هم کاهش خواهد یافت. در قله کوه تصویر بالا، هوا بسیار رقیق است و فشار، کم است؛ زیرا هوای کم تری روی قله وجود دارد و نسبت به سطح دریا کم تر فشرده می شود.

بعد از مدت کوتاهی که ماده خنک کننده در یخچال قرار گرفت، تا دماهای نزدیک دمای یخچال، گرم خواهد شد؛ شاید 35 تا 37 درجه (مرحله 3). اما بعد وارد کمپرسور (قسمت متراکم کننده) می شود (مرحله 4). کمپرسور، فشار زیادی روی ماده سرد کننده اعمال می کند. این کار مانند فشردن هوای رقیق و سرد در نوک قله نسبت به سطح زمین است!

یا این که تصور کنید کار کمپرسور مانند فشرده کردن یک اسفنج است. کمپرسور، ماده سردکننده را فشرده می کند و آن را به طور موقت گرم می کند تا جایی که گرمای ماده سرد کننده به محیط  اطرافش داده شود. پس در حالتی که ماده سرد کننده، فشرده نشده است، قادر خواهد بود که گرمای بیش تری را جذب کند.

شیر انبساط:

سؤال منطقی دیگر که پیش می آید، آن است که معنای "فشرده نشده" چیست؟

این به شیر انبساط (مرحله 2) مربوط است. به عبارت دقیق تر، شیر انبساط، ماده سردکننده با فشار بالا و کم سرعت را به حالت کم فشار و پر سرعت تبدیل می کند. این کار همانند چیزی که در قانون گاز کامل پیش بینی شده است، باعث کاهش دمای ماده سردکننده می شود.

اگر این مطلب برایتان نامفهوم است، دستتان را مقابل دهان خود بگیرید، دایره کوچکی با لب های خود درست کنید و فوت کنید. دقت کنید که جریان هوا سرد به نظر می آید.

هوا در ریه هایتان مانند فشار بالای ماده سرد کننده است و جریان هوایی که به دست شما برخورد می کند، مانند ناحیه فشار پایین است؛ لب های شما مانند شیر فشار شکن هستند.

از آن جایی که ماده سردکننده درست قبل از عبور از شیر فشار شکن، تقریبا تا دمای اتاق سرد می شود، هنگام عبور از آن، مقدار زیادی از فشار خود را از دست می دهد و بسیار سرد می شود. سپس می تواند دوباره داخل یخچال را سرد کند (به مرحله 3 برگردید).

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه و تنظیم: خدیجه آلچالانلو