Come funziona un frigorifero?
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Esercizio
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La trasmissione del calore
Mettendo a contatto un corpo caldo e uno freddo, l’energia termica va naturalmente dal corpo caldo a quello freddo. Infatti, l’energia termica di un corpo è legata al movimento dei suoi atomi e delle sue molecole. Un corpo caldo ha atomi e molecole che si agitano più svelti rispetto a un corpo freddo. Mettendo a contatto i due corpi, le particelle del corpo caldo urtano le particelle del corpo freddo: gli cedono parte della propria energia, e le fanno andare più svelte. Per questo motivo, piano piano il corpo più freddo si scalda, mentre il corpo più caldo si raffredda.
Alla fine si arriva a una condizione di equilibrio, in cui i due corpi sono alla stessa temperatura: gli atomi e le molecole dei due corpi si urtano a vicenda, scambiandosi la stessa quantità di energia termica.
Le macchine termiche che abbiamo studiato fino ad ora, cioè i motori, sfruttano il calore fornito dall’esterno per compiere un lavoro. Il frigorifero funziona al contrario: sfrutta il lavoro fornito dall’esterno per fare in modo che un corpo freddo (che è l’ambiente interno al frigorifero) ceda del calore a un corpo più caldo (cioè l’ambiente esterno al frigo) – cosa che non avverrebbe spontaneamente. Il frigo, quindi, deve forzare un fenomeno che altrimenti non avverrebbe.
Come funziona un frigorifero
Sul retro del frigo è presente una serpentina, cioè un lungo tubicino ad andamento serpeggiante, dentro cui scorre un fluido, ad esempio un gas. Questo fluido percorre un circuito, situato per alcuni tratti all’interno e per altri all’esterno del frigorifero. Fra un po’ capiremo meglio come è fatto questo circuito.
Sempre sul retro del frigo, nella parte inferiore, c’è una specie di scatolone nero: è il compressore, che viene azionato quando la temperatura interna al frigo sale sopra un certo valore.
Le fasi del ciclo frigorifero
Compressione
Quando entra in funzione, il compressore comprime a forte pressione il fluido presente nel circuito, provocandone un rapido riscaldamento. Successivamente, il fluido percorre la serpentina posta esternamente, sul retro del frigo.
Dispersione del calore
All’ingresso della serpentina iI fluido è molto caldo: ha una temperatura di circa 60°C. Mentre percorre la serpentina, il fluido si raffredda perché cede calore all’ambiente esterno, che ha una temperatura inferiore rispetto al gas. La forma della serpentina non è casuale: serve per allungare il più possibile il percorso del fluido, in modo che ceda più calore possibile all’ambiente esterno.
Espansione
Al termine della serpentina, c’è una valvola di espansione, che permette al fluido, precedentemente compresso dal compressore, di espandersi. Grazie a questa espansione, la temperatura del fluido scende fino a circa -20°C.
Assorbimento del calore
A questo punto il fluido, freddissimo, passa in una serpentina interna al frigorifero,dove e assorbe calore dall’ ambiente interno al frigo, che è più caldo del fluido presente nella serpentina. Quindi, l’ambiente interno al frigo si raffresca. Successivamente il fluido entra nuovamente nel compressore, e ricomincia il ciclo.
Accorgimenti
Per poter mantenere il frigorifero sempre efficiente, è essenziale permettere alle serpentine di cedere il calore in modo ottimale all’ambiente. Occorre quindi posizionare l’elettrodomestico in un modo che la distanza dal muro sia tale garantire un sufficiente ricambio d’aria; inoltre il frigo deve trovarsi lontano da fonti di calore; infine, di tanto in tanto, può rendersi necessario pulire le serpentine.
Fonti:
Video “TermoC4 – Piano pV: Macchine Frigorifere” del canale youtube VideoLezioniNCA
https://it.wikipedia.org/wiki/Frigorifero
https://www.youmath.it/lezioni/fisica/termodinamica/3627-ciclo-frigorifero-e-macchina-frigorifera.html
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