Miért nehezebb hűteni, mint fűteni?

Egy ismerősömmel folytatott beszélgetés során tapasztaltam ismét, hogy a fizika oktatása terén talán nincs minden rendben. A gyakorlati hasznosulás legalábbis kívánnivalókat hagy maga után.

Konkrétan a hűtőgép működése került szóba és kiderült, hogy az illetőnek, és vélhetően nem csak neki, komoly problémái vannak a hűtőgép működésével és az alapelvekkel egyaránt. (Ez volt a cukormázas megfogalmazás, de mondhatnám úgy is, hogy halvány fogalma sem volt az egész témakörről.)

Végül is a legtöbb ember úgy van vele, hogy ezekről az eszközökről elég annyit tudni, hogy hol kell megvenni, hogy kell bedugni a konnektorba, hogy kell kinyitni az ajtaját. Teljesen hidegen hagyja őket a hideg keletkezésének módja.

Utóbb elgondolkodtam rajta, hogy lehet elmagyarázni az egészet a legkevesebb alapismeretet feltételezve. (Bár az Öveges tanár úr által írt Hogyan gyártjuk a hideget? című leírás nagyon jó.)

A legegyszerűbb talán két olyan jelenségből kiindulni, amit szinte mindenki tapasztalhatott "a saját bőrén".
- Vizes testtel fázunk, egy darabig még meleg időben is.
(Ha sebbenzin, körömlakklemosó vagy más illékony anyag kerül a bőrre, különöse erősen lehűti. Egyes anyagok, pl. freonok, ilyen módon akár fagyást okozhatnak!)
- A biciklifújtató tömlője erősen felmelegszik a fújtatás során.
(Vagyis a légnemű anyagok összenyomása során hő keletkezik.)

Ez a két jelenség alapozza meg a legelterjedtebb kompresszoros hűtőgép működését.

Annyit még érdemes megjegyezni, amiért szükség van minderre, az a termodinamika második főtétele: A hő nem juthat egy hidegebb testről melegebbre anélkül, hogy egyéb folyamatok is lezajlanának...
(Mindezt persze, kedvenc mondásommal, úgy is megfogalmazhatnánk, hogy a hűtőgép megvalósításának oka "a világ működése". Hideget "csak közvetve lehet előállítani".

Ha nagyon leegyszerűsítjük a dolgot, a hűtéshez elég lenne a fentebb említett két jelenség közül az első is. Vagyis lehetne olyan "hűtőgépet" készíteni, amelynél egy fémdoboz lenne a hűtőtér, aminek a külső felületét folyamatosan - vagy időnként - valamilyen gyorsan párolgó folyadékkal (pl. éterrel vagy freonnal) locsolnák.
Ez is használható lehetne hűtési célra, csak nem lenne igazán jó megoldás anyagilag. Nem is beszélve arról, hogy valószínűleg már kipusztultunk volna, ha ennyi freont a légkörbe engedünk.

Ezért szükséges a dolog "másik oldala" is, vagyis a fentebb említett másik jelenséget is alkalmazni kell a hűtőgép "másik oldalán".

Állítsunk össze akkor egy hűtőgépet a két jelenség használatával csak úgy magunktól:
- Kellene egy dupla falú edény (belül a hűtött tér, kívül a hűtőközeg párolgási helye)
- Kellene egy fújtató (aminek a nyomó ágán valami hőátadó felület található)
- És persze az egészet körül kellene venni valami hőszigeteléssel, (hogy ne keljen folyamatosan pumpálni)

Az ábrán egy ilyen egyszerű "kompresszoros hűtőgép" elvi ábrája látható.

Szerintem egy ilyet össze lehetne hozni házilag is és megfelelő hűtőközeggel biztosan működőképes lenne.
Persze nem biciklipumpa, hanem valami "komolyabb" szerkezet kellene hozzá. A lényeg az, hogy biztosítsunk egy párolgó folyadékot a párolgási térben, amit aztán újra összesűrítünk a pumpával és a felmelegedő, folyadékká váló közeg a hűtőbordákon leadja a hűtőtérben felvett hőt. Szóval a szerkezet nevezhető hőszivattyúnak is, mert hőt "szivattyúz" az egyik helyről a másikra - némi munkavégzés árán.

Ezzel meg is alkottuk a "bioenergiával" működő, "zöld" hűtőgépet. (Mármint nem a színe miatt zöld, hanem azért mert a "saját erőnkkel" működtethető.)
Fogyasztógépként is jó lenne, mert egy átlagos hűtőgép kb. egy kilowattóra energiát zabál egy nap alatt. Ha ezt nekünk kellene befektetni biztosan meg lenne a napi mozgás...

Azt hiszem ezt végigolvasva már nem nehéz válaszolni arra, hogy miért nehezebb hűteni, mint fűteni.

Felhasznált irodalom