ما هو مبدأ عمل الثلاجة بالتفصيل؟

ربما يسهل تصور كيف تعمل المدفأة أو بالأحرى تصور كيف يمكن للإنسان توليد الحرارة، لكن ماذا عن التبريد؟ هل تعلم كيف تعمل الثلاجة؟

للثلاجة دور كبير في تطوير نوع غذائنا وتنوعه، فقد أتاحت لأغلب الناس الاحتفاظ بالطعام بشكل جيد دون أن يفسد، وذلك لعدة أيام سواء صيفًا أو شتاءً، فدرجة الحرارة الباردة داخل الثلاجة لها دور بالحفاظ على جودة الطعام بحيث تمنع تطور البكتريا وتكاثرها.

لا شكّ أن كل منزل من منازلنا يحوي على ثلاجة، فقد أدى اختراع الثلاجة إلى حل مشاكل عديدة في الجوانب الصناعية والصحية، حيث أصبح الإنسان قادرًا على حفظ الطعام لمدة طويلةٍ،  ولكن هل تساءلت يومًا كيف تعمل الثلاجة لإبقاء الأشياء باردة؟

وتستخدم الثلاجة مبدأ تكثيف وضغط وتبخير السوائل ضمن حجرةٍ مغلقةٍ، بهدف تخفيض درجة الحرارة داخل مجسم الثلاجة، ويطلق على السائل اسم المُبرد، وتظهر الصورة كيف يتم تحريكه ضمن دائرة لتبريد مساحة داخل الثلاجة.

وتتكون أيضًا من ضاغطٍ، حيث يدخل الغاز عند الضغط المنخفض ودرجة الحرارة المنخفضة، وهناك ينضغط ويتكثف وترتفع درجة حرارته باستخدام الكهرباء.

ويوجد المكثف حيث يتم نقل الغاز ذو درجة الحرارة العالية، إلى المكثف الذي يخفض الحرارة وتبدأ عملية تكاثف الغاز إلى سائل. كما توجد زعانف التهوية، التي تُطلق الحرارة إلى الجزء الخلفي من مجسم الثلاجة.

أما صمام التمدد، فيمر عبره السائل بعد هذه العمليات، وهناك ينخفض ضغطه فجأةً، ليتحول بذلك قسمٌ كبير من السائل إلى بخارٍ وهذا التغيير له تأثيرٌ مباشرٌ بالتبريد.

وأخيرًا المبخر: الذي يمتص السائل البارد من الهواء الدافئ داخل مجسم الثلاجة ويتحول إلى غازٍ بدرجة حرارةٍ منخفضةٍ، وبعدها يعود ويبدأ رحلته من خلال الضاغط.

يعتمد عمل الثلاجة على:

المبدأ الأول: كلما اتسع الحيز الذي يشغله كمية من الغاز كلما انخفضت درجة حرارة الغاز.

المبدأ الثاني: يعتمد على فكرة تلامس جسمين فإن كل جسم يمنح الآخر حرارته.

المبدأ الثالث: يعتمد على انخفاض الضغط كلما انخفض درجة  حرارة الغليان وبالعكس.

وبالنسبة إلى مبدأ عمل الثلاجة فهو كالتالي: يتم ضغط سائل التبريد أو  الغاز ضغطًا عاليًا مما يؤدي لارتفاع درجة حرارته، بحيث يندفع هذا الغاز إلى وشائع المكثف التي ذكرناها والتي تقع خارج الثلاجة، فيما بعد عندما يلتقي الغاز الساخن في أنابيب المكثف، يصطدم بدرجة حرارة الهواء البارد الموجود في الغرفة، وبالتالي تبدأ درجة حرارة الغاز بالانخفاض ويتكثف ليصبح سائلًا لكن بدرجة ضغط عالية، عندها يصطدم بصمام التحكم، حيث يسمح له الصمام بالمرور إلى الوشائع المعدنية الموجودة داخل الثلاجة، والتي تكون بضغط منخفض مما يؤدي لتمدد السائل وهنا تحدث عملية التعديل الحراري الجديد، التي تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة السائل ضمن هذا الضغط المنخفض، عندها يتحول إلى بخار ويبدأ بامتصاص حرارة الطعام الموجودة داخل الثلاجة.

تتكون الثلاجة من عدد من المعدات أساسية تشكل دارة التبريد في الثلاجة:

المضخة الكهربائية وتعرف بالضاغط: مهمتها ضخ سائل التبريد في الأنابيب.

غاز التبريد: وهو الغاز المستخدم ضمن أنابيب تعرف بدورة التبريد، ويوجد أنواع من الغازات منها الكلوروفلوروكربون ولم يعد يستخدم بسبب ضرره البيئي، وغاز رباعي فلوروالإيثان.

الصمام التحكم: وهو الجهاز الذي يفصل بين وشائع المكثف الموجودة خارج الثلاجة ووشائع المبخر الموجودة داخل الثلاجة.

وشائع المكثف: وهي وشائع معدنية التي توجد خلف الثلاجة، أما وشائع المبخر فهي الوشائع التي تساعد على امتصاص حرارة الطعام وموجودة داخل الثلاجة

تعتمد الثلاجة في عملها على القانون الثاني للترموديناميك، والذي ينصّ على انتقال الحرارة من الوسط الأكثر سخونة إلى الأقل، فالمبدأ الأساسي لعملها هو ارتفاع درجة حرارة الغازات تحت تأثير الضغط، وانخفاضها عند تقليل الضغط المطبق، لانتشار الحرارة على مساحة أكبر.

وعليه يُستخدم نوعٌ خاصٌّ من الغازات لنقل الحرارة من داخل الثلاجة إلى خارجها، ضمن ما يسمى بدورة التبريد، ووفق المراحل التالية:

وهكذا أدّى اختراع الثلاجة عام 1876 إلى حل مشكلات عديدة في الجوانب الصناعيّة والصحيّة، فأصبح الجميع قادراً على حفظ الطعام لمدّة كبيرة سواء في البيوت أو المخازن.