ربما من السهل تصور كيف تعمل المدفأة أو بالأحرى تصور كيف يمكن للإنسان توليد الحرارة فقد عرف الإنسان النار منذ عصوره الأولى، لكن ربما يصعب علينا كأشخاص عاديين لم ندرس علوم التبريد والتكييف أن نتصور آلية عمل الثلاجة .

تعتبر الثلاجة من إنجازات الإنسان التي ساهمت بتغيير طريقة العيش بشكلٍ واضح، فقد أتاحت للجميع حفظ الطعام لعدة أيام دون أن يصيبه التلف وخصوصًا في أيام الصيف الحارة.

تؤخر درجة الحرارة المنخفضة داخل الثلاجة نمو البكتيريا في الطعام فيبقى الطعام بحالةٍ جيدةٍ لفترة أطول، ولكن كيف نحصل على وسط بارد داخل الثلاجة؟

مبدأ عمل الثلاجة

قبل أن نبدأ بشرح مكونات الثلاجة، دعنا نتعرف على بعض المبادئ الفيزيائية العامة فيما يخص التبادل الحراري.

  • المبدأ الأول: تزداد سخونة الغازات عندما نضغطها إلى حجمٍ أقل؛ فكلما ضغطنا الغاز في حيز فيزيائي صغير كلما ازدادت سخونته، والعكس صحيح طبعًا؛ كلما كان الحيز الذي تشغله كمية الغاز كبيرًا وواسعًا كلما انخفضت درجة حرارته.
  • المبدأ الثاني: (التوازن الحراري) في الواقع هذا المبدأ مألوف لدينا جميعًا، فعند اقتراب جسمين من بعضهما البعض أو تلامسهما، يبرد الجسم الأكثر سخونةً ويسخن في المقابل الجسم الأبرد حتى نصل إلى حالة توازن حراري ويحصل الجسمان على نفس درجة الحرارة تقريبًا، يـُعرف هذا في الفيزياء بالقانون الثاني للديناميكا الحرارية.
  • المبدأ الثالث: كلما ازداد الضغط تزداد درجة حرارة الغليان، وكلما انخفض انخفضت درجة حرارة الغليان.1

دورة التبريد Refrigeration Cycle

بعد التعرف على المبادئ المذكورة أعلاه، يمكننا أن نفهم آلية عمل الثلاجة أو ما يعرف بدورة التبريد، ولكن أولًا لابد من التعرف على بعض مكونات الثلاجة الأساسية التي تقوم بهذه الدورة.

عمل الثلاجة
  • الضاغط: وهو عبارة عن مضخة كهربائية وظيفتها ضغط سائل التبريد، وهي سبب الصوت الذي نسمعه عند دخولنا المطبخ.
  • مادة التبريد: وربما يسميها البعض بغاز التبريد، حيث يستخدم غاز ضمن دورة التبريد. استُخدم سابقًا مركب الكلوروفلوروكربون chlorofluorocarbon CFC، ولكن بسبب ضرر هذه المادة لطبقة الأوزون فقد استُبدل بغاز رباعي فلورو الإيثان Tetrafluoroethane.
  • صمام التحكم أو صمام التمدد: هو صمام يفصل بين وشائع المكثف خارج الثلاجة ووشائع المُبخر داخل الثلاجة.
  • المكثف: هو تلك الوشائع المعدنية ذات اللون الأسود التي نشاهدها خلف الثلاجة.
  • المُبخر: هو أيضًا وشائع معدنية لكن تكون داخل الثلاجة تساهم في عملية امتصاص حرارة الطعام.2

تتكون دورة التبريد من أربع مراحل تقوم بها أربع مكونات في الثلاجة هي المسؤولة عن عمل الثلاجة بشكلٍ أساسي.

  1. ضغط سائل التبريد

    تبدأ دورة التبريد من الضاغط الذي يضغط غاز التبريد ضغطًا كبيرًا مسببًا ارتفاع درجة حرارته حسب المبدأ الأول، ثم يندفع الغاز إلى وشائع المكثف الموجودة خارج الثلاجة.

  2. تكثيف سائل التبريد

    عندما يلتقي الغاز الساخن في ملفات المكثف مع درجة حرارة الهواء الباردة في المطبخ، تبدأ عملية التوازن الحراري وبالتالي يبرد الغاز ويصبح سائلًا ولكن بدرجة ضغط عالية.

  3. دور المبخر داخل الثلاجة

    الآن يأتي دور صمام التمدد حيث يسمح لسائل التبريد ذو الضغط العالي بالمرور إلى ملفات المُبخر (داخل الثلاجة) ذات الضغط المنخفض، مما يؤدي إلى تمدد السائل في ضغط منخفض، وبسبب تلامسه مع الوسط داخل الثلاجة( أي درجة حرارة الطعام) تحدث عملية التعادل الحراري من جديد وتبدأ درجة حرارة سائل التبريد البارد بالارتفاع ضمن ضغط منخفض (هل تذكر المبدأ الثالث) وبالتالي سيبدأ بالغليان ويتحول إلى بخار، وبذلك يمتص حرارة الطعام داخل الثلاجة، ونحصل على وسط بارد لحفظ الطعام.

  4. نهاية حلقة التبريد والعودة للبداية

    أخيرًا، يعود غاز التبريد إلى الضاغط لتبدأ العملية من جديد.

المراجع