Articles sur les machines frigorifiques
Un réfrigérateur est une machine thermique fonctionnant en sens inverse. Autrement dit, une machine thermique capte la chaleur d'une zone froide et la rejette dans une zone chaude. Pour que ce processus ait lieu, la machine doit fournir un travail. Or, la chaleur ne circule naturellement que d'une zone chaude vers une zone froide. Elle ne peut pas circuler spontanément d'une zone froide vers une zone chaude. Ceci est conforme à l'énoncé de Clausius mentionné précédemment. Pour le processus qui se déroule dans un réfrigérateur, cet énoncé peut s'écrire comme suit :
Il est impossible pour une machine frigorifique (qui fonctionne en cycle) de déplacer de la chaleur d'un endroit à basse température vers un endroit à haute température, sans effectuer de travail ( deuxième loi de la thermodynamique – énoncé de Clausius).
Le texte en italique est un énoncé particulier du second principe de la thermodynamique. Cet énoncé s'applique uniquement aux machines frigorifiques. Le processus de transformation de l'énergie et de transfert d'énergieénergie sur 
La machine de refroidissement ressemble au schéma ci-dessous.
La machine effectue un travail (W) pour prélever de la chaleur d'un endroit à basse température (Q<sub> L</sub> ) et la rejeter dans un endroit à haute température (Q <sub> H </sub> ). D'après le principe de conservation de l'énergie, on peut conclure que Q<sub> L</sub> + W = Q<sub> H</sub>.
Si le terme « rendement » est utilisé pour les moteurs thermiques, on parle alors de « coefficient de performance » (KK) pour les machines frigorifiques. Le coefficient de performance (KK) d'une machine frigorifique est le rapport entre la chaleur transférée depuis un point froid (Q<sub> L</sub> ) et le travail (W) nécessaire à ce transfert. Mathématiquement, cela s'écrit :
Pour exprimer le coefficient de performance d'un réfrigérateur en pourcentage, il suffit de multiplier cette équation par 100 %. Coefficient de performance idéal d'un réfrigérateur (coefficient de performance de Carnot) :
Nous utilisons couramment plusieurs machines de refroidissement, notamment les réfrigérateurs, les climatiseurs et les pompes à chaleur.
Réfrigérateur
Le condenseur transforme la vapeur en liquide, le compresseur comprime. Les serpentins de refroidissement sont généralement situés à l'intérieur du réfrigérateur, tandis que les serpentins du condenseur sont situés à l'extérieur (à l'arrière du réfrigérateur).
À l'intérieur des serpentins se trouve un fluide en équilibre de phases (existant à l'état liquide et à l'état gazeux). Ce fluide est appelé réfrigérant. Autrefois, on utilisait couramment du fréon. Le fréon n'est plus utilisé aujourd'hui car son rejet peut endommager la couche d'ozone.
Le moteur du compresseur (entraîné par l'électricité) aspire le fluide frigorigène (sous forme de vapeur) et le comprime de manière adiabatique. Cette compression adiabatique entraîne une augmentation de la température et, par conséquent, de la pression de la vapeur. La différence de température entre le compresseur (haute température) et le condenseur (basse température) provoque la circulation de la vapeur à haute température et haute pression à travers les serpentins du condenseur situés à l'arrière du réfrigérateur.
La température de la vapeur étant supérieure à celle de l'air ambiant, lorsqu'elle traverse le serpentin du condenseur, elle cède de la chaleur à l'air environnant. Condensée, la vapeur se refroidit et se transforme en liquide. En passant par le détendeur, le fluide frigorigène liquide subit une détente adiabatique. Cette détente adiabatique entraîne un refroidissement du liquide (sa température diminue). Le liquide froid circule dans les serpentins du réfrigérateur. Plus froid que l'air ambiant, il absorbe la chaleur jusqu'à se vaporiser (le liquide absorbe la chaleur du réfrigérateur). Le fluide frigorigène vaporisé est ensuite aspiré par le compresseur et comprimé adiabatiquement. Ce processus se répète. La chaleur interne du réfrigérateur étant transférée au liquide dans les serpentins, le réfrigérateur devient froid.
AC (climatiseur)
Bien que la conception de l'appareil soit différente, le principe de fonctionnement de base d'un climatiseur est similaire à celui d'un réfrigérateur. Dans ce cas, le réfrigérateur est une pièce. Généralement, les serpentins de refroidissement sont situés à l'intérieur de la pièce, tandis que les serpentins du condenseur sont situés à l'extérieur. Derrière les serpentins du condenseur se trouve un ventilateur. Son rôle est simplement de réguler la circulation de l'air et de faire circuler l'air chaud autour des serpentins du condenseur, accélérant ainsi le transfert de chaleur entre ces derniers et l'air ambiant. À l'inverse, derrière les serpentins de refroidissement se trouve un ventilateur. Sa fonction est similaire à celle d'un ventilateur. Tandis que le ventilateur expulse la chaleur des serpentins du condenseur vers l'extérieur, le ventilateur souffle l'air chaud autour des serpentins de refroidissement vers l'intérieur, diffusant ainsi l'air frais dans toute la pièce.
Pompe à chaleur
Les pompes à chaleur sont généralement utilisées pendant les hivers froids. Leur principe de fonctionnement est similaire à celui d'un réfrigérateur. La différence réside dans leur fonction : un réfrigérateur sert à refroidir une pièce, tandis qu'une pompe à chaleur sert à la chauffer. Alors qu'un réfrigérateur absorbe la chaleur de la pièce (QL ) et la rejette à l'extérieur (QH ) , une pompe à chaleur absorbe la chaleur extérieure (QL ) et la diffuse dans la pièce (QH ) . Cet apport de chaleur permet de réchauffer la pièce. En été, la pompe à chaleur peut être utilisée comme climatiseur.
