 Verfasst am: 24. Jan 2022 22:11 Titel: Re: Kühlschrank |
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Nur ist aber eine Expansionsmaschine deutlich aufwendiger und teuer in der Fertigung; Kolbenabdichtung. |
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| Verfasst am: 24. Jan 2022 10:17 Titel: Re: Kühlschrank |
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Das ist richtig. Du kannst z.B. einen Stirlingmotor als Wärmepumpe verwenden. |
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| Verfasst am: 23. Jan 2022 21:00 Titel: Re: Kühlschrank |
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Doch ein Kühlschrank hat die Eigenschaft unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft zu kühlen. Das Problem ist nun der zweite Haupsatz der Thermodynamik. Wärme kann nur vom höheren Temperaturpotential zum geringeren übertragen werden. Da nun der Kühlschrank Wärme entziehen soll und somit das Temperaturpotential zu senken müsste die Temperatur im Kühlschrank höher als der Umgebungsluft sein und somit würde das Prinzip des Kühlschrankes oder allgemeine der Wärmepumpe nicht funktionieren. Somit ist der Kondensierung- und Verdampfung-Prozess unausweichlich. Denn ein Gas hat nur im Nassdampfgebiet die Eigenschaft der druckabhängigen Siede- und Verdampfungstemperatur. Im Gebiet des überhitzen Gases lassen sich bei Gase über den Druck kaum die Temperatur bei der Entspannung über eine Drossel senken. Der entsprechende Joule Thomson Effekt ist überhitzen Gebiet sehr gering. Wird das Gas aber bei höherem Druck kondensiert, ist der Temperaturabfall bei Reduzierung des Druckes über eine Drossel sehr hoch, da dies alles nur im Nassdampfgebiet stattfinden kann und nicht eben im Gebiet des überhitzen Gases (oder allgemein als Gas) ist somit der Kondensierung- und Verdampfung-Prozess unausweichlich. Außerdem wird hier auch der Vorteil der latente Wärme genutzt. Der Joule Thomson Effekt ist sehr ineffizient. Die Drücke müssten allgemein sehr hoch sein, z.B. über 100 Bar und es wären mehrere Durchläufe von Nöten bis sich das Gas allmählich abkühlt. Zumal denn die Drossel etc. auch gut wärmeisoliert sein müsste. |
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| Verfasst am: 23. Jan 2022 11:30 Titel: Kühlschrank |
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| Meine Frage: Liebes Forum, ich bin gerade dabei den Kühlschrank zu verstehen. In den Materialien, die ich dazu durchgesehen habe, wird das Verdampfen und Kondensieren des Kühlmittels sehr betont. Ich glaube aber, dass das Verdampfen und Kondensieren nicht notwendig sind, um eine Temperaturdifferenz zwischen Innen und Außen zu erzeugen. Das Verdampfen und Kondensieren erscheint mir NÜTZLICH, um mehr Wärme aus dem Inneren nach Außen zu tragen, ABER NICHT NOTWENDIG. Liege ich da richtig ? Meine Ideen: Axiom 1: Wärme wird immer vom Bereich höherer Temperatur zum Bereich niedrigerer Temperatur getragen. Der Aggregatszustand der Bereiche spielt für die Existenz des Wärmeflusses es keine Rolle, wohl aber für die Stärke des Flusses. Aus Axiom 1 folgen Bedingung 1 und 2 für den Wärmetransport mit einem Kühlmittel aus dem Kühlschrankinneren in das Kühlschrankäußere: Bedingung 1: Das Kühlmittel muss im Kühlschrankinneren eine niedrigere Temperatur haben als das Kühlschrankinnere. Dann nimmt das Kühlmittel Wärme auf. Der Aggretatszustand des Kühlmittel ist für die Existenz der Wärmeaufnahme unwichtig. Bedingung 1: Das Kühlmittel muss im Kühlschrankäußeren eine höhere Temperatur haben als das Kühlschrankäußere. Dann gibt das Kühlmittel Wärme ab. Der Aggretatszustand des Kühlmittel ist für die Existenz der Wärmeabgabe unwichtig. Axiom 2: Für ein reales Gas unterhalb der Inversionstemperatur gilt: Sind die Gasteilchen nah beieinander, ist die potentielle Energie klein und die kinetische Energie groß. Der Durchschnitt der kinetischen Energie der Gasteilchen entspricht der Temperatur des Gases als Ganzes. Also ist das Gas wärmer, wenn die Gasteilchen nah beinander ist. (Demtröder: Experimentalphysik 1, Kapitel 10.4.2.3) Sind die Gasteilchen weit voneinander entfernt, ist die potentielle Energie groß und die kinetische Energie klein. Das Gas ist kälter. Schlussfolgerung 1: Erhöht man den Druck auf ein reales Gas, rücken die Gasteilchen weiter zusammen. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Gases. Über den Druck auf ein reales Gas kann man also die Temperatur des Gases verändern. Erfüllen von Bedingung 1 und 2 mit Schlussfolgerung 1: Im Kühlschrankäußeren komprimieren wir das Kühlmittel so, dass es eine höhere Temperatur hat als das Kühlschrankäußere. Dann gibt das Kühlmittel Wärme ab. Im Kühlschrankinneren entspannen wir das Kühlmittel so, dass es eine niedrigere Temperatur hat als das Kühlschrankinnere. Dann nimmt das Kühlmittel Wärme auf. Bemerkung 1: Der Aggregatszustand des Kühlmittels spielt keine Rolle dafür, ob wir einen Wärmefluss und damit eine Temperaturdifferenz erzeugen können oder nicht. Der Aggregatszustand des Kühlmittels wird erst dann wichtig, wenn wir auch bei einer kleinen Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Kühlschrankinneren möglichst viel Wärme vom Kühlmittel aufnehmen lassen wollen. Dann freuen wir uns, wenn der Siedepunkt des Kühlmittels gerade innerhalb der Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Kühlschrankinneren liegt und zusätzlich zur expliziten Temperaturänderungswärme noch die latente Verdampfungswärme aufgenommen wird. Analoges behaupte ich für die Wärmeabgabe und den Schmelzpunkt im Kühlschrankäußeren. Liege ich mit Bemerkung 1 richtig ? Wo gibt es einen Fehler in meiner Argumentation ? |
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