Physik verstehen 3, Schulbuch

45 Unser Leben im Wärmebad 3. Wie funktioniert ein Kühlschrank? Kälte in Sekundenschnelle (Abb. 45.1)  E1 Fülle einen Gasdruck-Korkenzieher mit einer ​CO​ 2 ​-Patrone. Drücke auf den Öffner, um die Patrone völlig zu entleeren. Nimm dann die leere Patrone aus dem Korkenzieher. Wie fühlt sich die leere Patrone an? In der Patrone befindet sich flüssiges ​CO​ 2 ​unter einem Druck von ca. 57bar. Nach dem Öffnen strömt durch Druckverminderung im Inneren der Patrone und Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung gasförmiges Kohlenstoffdioxid aus dem Flaschenöffner. Die Patrone kühlt dabei stark ab. Der Betrieb eines Kühlschranks nutzt zwei physikalische Phänomene: • Wenn eine Flüssigkeit verdampft, nimmt sie Wärmeenergie auf. Beim Kondensieren wird Wärmeenergie abgegeben. • Die Siede- bzw. Kondensationstemperatur einer Flüssigkeit sinkt mit abnehmendem Druck und steigt mit zunehmendem Druck. Im Inneren des Kühlschranks (Abb. 45.6) fließt flüssiges Kältemittel bei geringem Druck durch Rohrleitungen (Verdampfer). Dieses Kältemittel hat einen niedrigen Siedepunkt. Die geringe Temperatur im Inneren des Kühlschranks reicht aus, damit es zu Sieden beginnt. Es verdampft und entzieht dabei dem Inneren des Kühlschranks Wärme – die Lebensmittel werden gekühlt. Der Kompressor (Verdichter) an der Außenseite saugt den Dampf ab und verdichtet (komprimiert) ihn. Der Druck steigt und der Dampf erwärmt sich. Der unter erhöhtem Druck stehende Dampf strömt durch die Rohrleitungen des Kondensators (Verflüssigers) an der Rückseite des Kühlschranks. Durch den hohen Druck hat der Dampf eine hohe Kondensationstemperatur – er wird bei Zimmertemperatur flüssig. Dabei gibt er die zuvor aufgenommene Wärme­ energie an die Raumluft ab. Das abgekühlte, nun wieder flüssige Kältemittel fließt durch ein Reduzierventil (Drossel). Dabei sinkt der Druck und es kühlt weiter ab. Es strömt wieder in den Verdampfer und der Kreislauf wiederholt sich. V1 45.1 Kälte in Sekundenschnelle 45.2 Die Rückseite eines Kühlschranks 45.3 Das Innere eines Kühlschranks, ca. +5 °C Ein Kühlschrank besteht aus dem Verdampfer im Inneren des Kühl­ raumes, Kompressor, Kondensator (Verflüssiger), Reduzierventil (Drossel) und Kältemittel (zB Pentan). M Im Inneren des Kühlschranks verdampft ein flüssiges Kältemittel und nimmt Wärmeenergie auf. Dieser Dampf wird verdichtet – der Druck steigt und er erwärmt sich. Durch den hohen Druck wird der Dampf bei Zimmertemperatur flüssig . Dabei wird die Wärmeenergie an die Raum- luft abgegeben . Nach einer Druckverminderung ist das Kältemittel wieder gasförmig und abgekühlt. M 45.4 Kühlregal im Supermarkt 45.5 Tiefkühltruhe (etwa –20 °C) Belüftung Entlüftung Kondensator (Verflüssiger) Kompressor (Verdichter) Reduzierventil (Drossel) Verdampfer 45.6 Funktionsprinzip eines Kühlschranks Arbeitsblätter 3ts2tg Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv