كيف تعمل الثلاجة المنزلية؟
تم اختراع الثلاجة لاول مرة خلال القرن 19. من قبل كان يتواجد موزعوا الثلوج والذين يجلبون الثلوج من الجبال والبحار ليتم بيعها للناس.
في هذا المقال سنشرح مبدا عمل الثلاجات المنزلية لكن قبل الغوص في شرح المبدا سوف نتطرق الى شرح بعض المفاهيم الاولية.
مفاهيم:
مفهوم التبريد: يمكن تعريف التبريد فيزيائيا على انه عملية خفض درجة الحرارة.
مادة التبريد: تكون مادة التبريد في كلتى الحالتين الفزيائيتين (السائلة و الحالة الغازية) خلال دورة التبريد. تعمل هده المادة على نقل الحرارة باختلاف الحالة الفيزيائية.
من بين المواد المستعملة في عملية التبريد هي غاز الفريون وذلك لما له من خصائص فزيائية تسمح بالقيام بهذه العملية.
دورة التبريد هي الدورة التي يتم من خلالها القيام بعملية التبريد. تتكون الدروة من اربع مراحل ضرورية (التظغيط، التكثيف، التمديد،التبخير) والتي تتكرر باستمرار طالما الثلاجة تعمل.
عملية التكثيف
التكثف عملية فيزيائية يحدث فيها تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة.
عملية التبخر
عملية فيزيائية يحدث فيها تحول جزيئات المادة من الحالة السائلة.
- تتحول المادة من الحالة الغازية الى الحالة السائلة وذلك برفع الظغط وخفط الحرارة.
- تتحول المادة من الحالة السائلة الى الحالة الغازية وذلك بخفط الظغط ورفع الحرارة.
- الموائع تمتص الحرارة عندما تتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
- تنتقل الحرارة فقط من الجسم الذي درجة حرارته أعلى إلى الجسم الذي درجة حرارته أقلّ (أي من الجسم الساخن إلى الجسم البارد)، وهذا ما يعبر عنه القانون الأول للديناميكا الحرارية.
- لا تنتقل حرارة من جسم بارد إلى جسم ساخن، ولكي تتم عملية تبريد لا بد من بذل شغل من خارج النظام، طبقا ل القانون الثاني للديناميكا الحرارية. هذا الشغل يؤديه بالمصدر الكهربائي في الثلاجة.
مراحل دورة التبريد
شرح دورة التبريد
الضاغط (موضح باللون الرمادي): يمكنك سماعه عندما يعمل. فالضاغط في الاصل عبارة عن محرك كهربائي هذا هو السبب الدي يجعل الثلاجة تعمل بالكهرباء.
يقوم الضاغط بسحب مادة التبريد ويدفعها الى المكثف مما يرفع من درجة حرارتها وضغطها لان حسب مبدا الديناميك الحرارية عندما نقوم بضغط غاز بقوة هائلة فان جزيئات هدا الاخير تقترب بعضها من بعض مما ينتج عنه ارتفاع في الارتجاج الحراري وبالتالي ارتفاع في الحرارة والضغط.
بفضل الظاغط يمر المائع (الغاز) من حالة درجة حرارة منخفضة وضغط منخفض إلى حالة ضغط مرتفع ودرجة حرارة مرتفعة.
المكثف هو الملف الموضح باللون الأحمر الموجود خلف (في الخارج) الثلاجة. يتكثف الغاز الساخن والمضغوط في المكثف ويتحول الغاز من الحالة الفزيائية الغازية الى الحالة السائلة.
في المكثف يفقد بخار الوسيط حرارته العالية ويعطيها إلى الجو الخارجي، في نفس الوقت يتكثف بسبب فقدانه حرارة التبخر. يكتسب الجو الخارجي حرارة من المكثف.
الغرض من الشكل المموج للمكثف هو زيادة سطح التلامس بين المائع والهواء هو تسهيل عملية التبادل الحراري.
ثم يأتي الممدد. وهو عبارة عن انبوبة ذات قطر صغير (بين 0.6 و 2 مم) والتي تسبب عملية التمديد. يغير السائل حالته من الحالة السائلة ذات الضغط المرتفع و درجة الحرارة المرتفعة إلى حالة خليط الغاز السائل من ضغط منخفض ودرجة حرارة منخفضة.
المبخر كما هو موضح باللون الأزرق الموضوع في المقصورة الداخلية للثلاجة. يكون السائل عند درجة حرارة منخفضة و ضغط منخفض. عندما يتم وضع الغذاء في الثلاجة يفقد حرارته و يمنحها الطاقة في شكل حراري. تتسبب الطاقة المستلمة في تغيير تدريجيًا السائل الناقل للحرارة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
وبهذا تتكرر الدورة من جديد
الغرض من الشكل المموج للمبخر هو زيادة سطح التلامس بين السائل والمقصورة الداخلية لتسهل عملية التبادل الحراري.
دورة التبريد والديناميكا الحرارية *خلاصة مجملة*
إذا اعتبر تصرف وسيط التبريد خلال دورة التبريد بكمية 500 جرام وبصرف النظر عن حالته سواء كان سائلًا أم بخارًا وكذلك بفرض أن وسيط التبريد نقيّ تمامًا، بإهمال تأثير زيوت التزييت والعناصر الأخرى، يتضح أن أيّ دورة تبريد تتركب أساسًا من أربع عمليات هي:
- عملية ضغط لوسط التبريد في الضاغط حيث يدفع بخار وسيط التبريد من نقطة (3) إلى نقطة (1).
- والعملية الثانية تحدث في المكثف تحت ضغط ثابت، فينتزع الهواء الخارجي الحرارةَ الزائدة Super heat ثم الحرارة الكامنة من وسيط التبريد، وتتم هذه العملية من في النقطة (1).
- العملية الثالثة تتم خلال صمام التحكم تحت كمية حرارة ثابتة وفيها ينخفض الضغط ودرجة الحرارة ولكن تظل كمية الحرارة ثابتة. وتتمثل هذه العملية من نقطة (1) إلى نقطة (3).
- وأخيرًا العملية الرابعة التي تحدث في المبخر تحت ضغط ثابت، وفيها يمتص المبخر الحرارة من الحيز المراد تبريده. فيه يتحول سائل التبريد إلى بخار مع ثبات الضغط وتنخفض درجة حرارته. وتتم هذه العملية في النقطة 3
تعليقات
إرسال تعليق