Articoli sulle macchine frigorifere
Un frigorifero è una macchina termica che funziona al contrario. Quindi, una macchina termica preleva calore da una regione a bassa temperatura e lo cede a una regione ad alta temperatura. Affinché questo processo avvenga, la macchina deve compiere lavoro. Tuttavia, il calore fluisce naturalmente solo da una regione ad alta temperatura a una regione a bassa temperatura. Il calore non può fluire spontaneamente da una regione a bassa temperatura a una regione ad alta temperatura. Ciò è in accordo con l'enunciato di Clausius discusso in precedenza. Per il processo che avviene in un frigorifero, l'enunciato di Clausius può essere scritto come segue:
È impossibile per una macchina frigorifera (che funziona a ciclo chiuso) trasferire calore da un luogo a bassa temperatura a un luogo ad alta temperatura senza compiere lavoro ( secondo principio della termodinamica - enunciato di Clausius).
Il testo in corsivo è un'affermazione speciale della seconda legge della termodinamica. Questa affermazione si applica solo alle macchine frigorifere. Il processo di cambiamento della forma dell'energia e di trasferimento eenergia su 
La macchina di raffreddamento ha l'aspetto mostrato nello schema sottostante.
La macchina compie lavoro (W) per prelevare calore da un luogo a bassa temperatura (Q L ) e rilasciarlo a un luogo ad alta temperatura (Q H ). In base alla conservazione dell'energia, si può concludere che Q L + W = Q H.
Se nel campo delle macchine termiche si usa il termine efficienza, nelle macchine frigorifere si utilizza il termine coefficiente di prestazione (KK). Il coefficiente di prestazione (KK) di una macchina frigorifera è il rapporto tra il calore trasferito da un luogo a bassa temperatura (Q L ) e il lavoro (W) compiuto per trasferire il calore. Matematicamente, questo può essere scritto come segue:
Se si desidera esprimere il coefficiente di prestazione di una macchina frigorifera in percentuale, è sufficiente moltiplicare questa equazione per 100%. Il coefficiente di prestazione di una macchina frigorifera ideale (coefficiente di prestazione di Carnot di una macchina frigorifera):
Esistono diversi apparecchi di raffreddamento che utilizziamo comunemente, tra cui frigoriferi, condizionatori d'aria e pompe di calore.
Frigorifero
Il condensatore converte il vapore in liquido, il compressore lo comprime. Le serpentine di raffreddamento si trovano solitamente all'interno del frigorifero, mentre le serpentine del condensatore si trovano all'esterno (sul retro del frigorifero).
All'interno delle serpentine si trova un fluido in equilibrio di fase (esistente allo stato liquido e allo stato gassoso). Questo fluido è noto come refrigerante. Il refrigerante comunemente usato in passato era il freon. Il freon non viene più utilizzato oggi perché il suo rilascio può danneggiare lo strato di ozono.
Il motore del compressore (azionato dall'elettricità) aspira il refrigerante (in forma di vapore) e lo comprime adiabaticamente. A causa della compressione adiabatica, la temperatura del vapore aumenta. Con l'aumento della temperatura, aumenta anche la pressione del vapore. La differenza di temperatura tra il compressore (alta temperatura) e il condensatore (bassa temperatura) fa sì che il vapore ad alta temperatura e alta pressione fluisca attraverso le serpentine del condensatore situate nella parte posteriore del frigorifero.
La temperatura del vapore è superiore alla temperatura dell'aria circostante, quindi quando attraversa la serpentina del condensatore, il vapore cede calore all'aria circostante. Poiché viene condensato dal condensatore, il vapore si raffredda e si trasforma in liquido. Quando attraversa la valvola di espansione, il refrigerante che si è trasformato in liquido si espande adiabaticamente. La presenza di espansione adiabatica fa sì che il liquido si raffreddi (la sua temperatura diminuisce). Il liquido freddo scorre all'interno delle serpentine nel frigorifero. Poiché il liquido nelle serpentine è più freddo dell'aria nel frigorifero, assorbe calore fino a quando il refrigerante non si trasforma in vapore (il liquido assorbe calore nel frigorifero). Il refrigerante che si è trasformato in vapore viene aspirato dal motore del compressore e compresso adiabaticamente. E così via… (il processo si ripete). Poiché il calore all'interno del frigorifero viene trasferito al liquido nelle serpentine, il frigorifero si raffredda.
AC (condizionatore d'aria)
Sebbene il design del dispositivo sia diverso, il principio di funzionamento di base di un condizionatore d'aria è simile a quello di un frigorifero. In questo caso, il frigorifero è una stanza. Tipicamente, le serpentine di raffreddamento si trovano all'interno della stanza, mentre le serpentine del condensatore si trovano all'esterno. Dietro le serpentine del condensatore c'è una ventola. Il compito della ventola è semplicemente quello di regolare la circolazione dell'aria e soffiare sulle serpentine del condensatore, accelerando così lo scambio termico tra le serpentine del condensatore e l'aria circostante. Viceversa, dietro le serpentine di raffreddamento si trova un ventilatore, detto anche soffiatore. La sua funzione è simile a quella della ventola. Mentre la ventola soffia dalle serpentine del condensatore verso l'esterno, disperdendo il calore nell'aria circostante, il ventilatore soffia dalle serpentine di raffreddamento verso l'interno, diffondendo aria fresca in tutta la stanza.
Pompa di calore
Le pompe di calore sono tipicamente utilizzate durante gli inverni freddi. Il principio di funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero. La differenza sta nel fatto che un frigorifero è un dispositivo utilizzato per raffreddare un ambiente, mentre una pompa di calore viene utilizzata per riscaldarlo. Mentre un frigorifero compie lavoro assorbendo calore dall'ambiente (QL ) e rilasciandolo all'esterno (QH ) , una pompa di calore assorbe calore dall'esterno (QL ) e lo rilascia nell'ambiente (QH ) . Il calore aggiunto fa sì che l'ambiente diventi più caldo. Con l'arrivo dell'estate, la pompa di calore può essere invertita per funzionare come condizionatore d'aria (AC).
