Как работает холодильник?

Как работает холодильник?

В 2000 году в мире было произведено более 135 млн различных холодильников.

Когда говорят о холодильниках, обычно на ум приходят те, что стоят на кухне. А между тем холодильники — это большой класс приборов, применяющихся для совершенно разных практических и научных целей. Холодильники служат не только для хранения продуктов и лекарств. Они нужны для хранения генетических материалов при сверхнизких температурах. Холодильники используют электронных элементов в компьютерах, для охлаждения приемников электромагнитных волн, когда надо принять слабые сигналы из космоса или слабое электромагнитное излучение человеческого тела при тепловизионном обследовании. Холодильники нужны и для охлаждения частей тела, включая мозг, при хирургических операциях. Даже кондиционер — это тоже холодильник.

Общий принцип работы холодильников очень прост. Так как теплота обусловлена движением молекул, для охлаждения тела нужно просто это движение замедлить, то есть отнять у молекул кинетическую энергию. Сложность, однако, в том, что существует более десятка различных способов этого отъема, и для каждой практической цели применяется свой. Например, в классическом учебнике Генриха Польманна по холодильной технике почти полторы тысячи страниц, хотя там описаны далеко не все способы охлаждения.

В бытовых холодильниках и кондиционерах чаще всего применяется радиатор с хладагентом, имеющим низкую температуру кипения, то есть перехода из жидкого состояния в газообразное. Для испарения хладагента требуется энергия, которую он забирает у воздуха холодильной камеры или кондиционера, отчего воздух и остывает.

Чтобы отнять тепло, можно применять полупроводниковые системы, в которых охлаждение происходит при пропускании электрического тока. Такие системы используются для охлаждения электронных чипов. Можно охладить объект, заставив его излучать энергию в виде звуковых волн.

Удивительное открытие, удостоенное Нобелевской премии, сделано в последние годы. Оказалось, что вещество можно охлаждать с помощью света. Если правильно подобрать длину волны лазерного излучения, то можно добиться, чтобы помещенные в магнитную ловушку атомы, движущиеся навстречу световой волне, поглощали фотоны. Импульс этих фотонов направлен навстречу движению атомов, и поэтому атомы при поглощении затормаживаются, то есть происходит охлаждение. Обездвиженные атомы гораздо легче исследовать. В обычных условиях в газе они движутся со скоростью до нескольких километров в секунду.

Большой прогресс ожидает и наши традиционные холодильники. За счет применения новых материалов и технологий можно будет использовать способы охлаждения, которые раньше были невыгодны. Новые холодильники будут потреблять в два раза меньше энергии, а сам агрегат будет раза в полтора компактнее.