ทำไมการทำความเย็นของตู้เย็นจึงใช้เวลานาน

เช่นเดียวกับสิ่งอื่นๆ ในจักรวาลของเรา ตู้เย็นต้องปฏิบัติตามกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ที่เรียกว่าการอนุรักษ์พลังงานสาระสำคัญคือคุณไม่สามารถสร้างพลังงานจากความว่างเปล่าหรือทำให้พลังงานหายไปในอากาศได้: คุณสามารถแปลงพลังงานเป็นรูปแบบอื่นได้เท่านั้นสิ่งนี้มีความหมายที่สำคัญมากสำหรับผู้ใช้ตู้เย็น

อย่างแรก ทำลายความเชื่อผิดๆ ที่ว่าคุณสามารถทำให้ห้องครัวของคุณเย็นลงได้โดยเปิดประตูตู้เย็นทิ้งไว้ไม่จริง!อย่างที่เราเพิ่งเห็น ตู้เย็นทำงานโดยการ "ดูด" ความร้อนจากตู้ทำความเย็นด้วยสารหล่อเย็น จากนั้นจึงสูบของเหลวออกไปนอกตู้เพื่อระบายความร้อนออกมาดังนั้น หากคุณนำความร้อนจำนวนหนึ่งออกจากภายในตู้เย็น ในทางทฤษฎี ปริมาณความร้อนที่เท่ากันจะกลับมาปรากฏเป็นความร้อนบริเวณด้านหลัง (ในทางปฏิบัติ คุณจะได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเนื่องจากมอเตอร์ทำงานได้ไม่เต็มประสิทธิภาพและยังระบายความร้อนออกด้วย ความร้อน).เปิดประตูทิ้งไว้ คุณก็แค่ย้ายพลังงานความร้อนจากส่วนหนึ่งของห้องครัวของคุณไปยังอีกที่หนึ่ง

กฎการอนุรักษ์พลังงานยังอธิบายว่าทำไมการแช่เย็นหรือแช่แข็งอาหารในตู้เย็นหรือช่องแช่แข็งจึงใช้เวลานานมากอาหารประกอบด้วยน้ำจำนวนมาก ซึ่งสร้างจากโมเลกุลที่เบามาก (ไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นอะตอมที่เบาที่สุดสองอะตอม)แม้แต่ของเหลวที่เป็นน้ำ (หรืออาหาร) จำนวนเล็กน้อยก็มีใหญ่จำนวนโมเลกุลซึ่งแต่ละโมเลกุลใช้พลังงานในการทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลงนั่นเป็นเหตุผลที่ต้องใช้เวลาสองสามนาทีในการต้มแม้แต่น้ำหนึ่งหรือสองถ้วย: มีโมเลกุลที่ให้ความร้อนมากกว่าการต้มบางอย่างเช่นเหล็กหลอมเหลวหรือโลหะตะกั่วเช่นเดียวกับการทำความเย็น: ต้องใช้พลังงานและเวลาในการขจัดความร้อนออกจากของเหลวที่เป็นน้ำ เช่น น้ำผลไม้หรืออาหารนั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมการแช่แข็งหรือการทำให้อาหารเย็นลงจึงใช้เวลานานมากไม่ใช่ว่าตู้เย็นหรือตู้แช่แข็งของคุณไม่มีประสิทธิภาพ เพียงแต่คุณต้องเพิ่มหรือเอาพลังงานจำนวนมากออกเพื่อทำให้สิ่งที่เป็นน้ำเปลี่ยนอุณหภูมิมากกว่าสองถึงสามองศา

มาลองใส่ตัวเลขคร่าวๆ ทั้งหมดนี้กันปริมาณพลังงานที่ใช้ในการเปลี่ยนอุณหภูมิของน้ำเรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ และมีค่าเท่ากับ 4200 จูลต่อกิโลกรัมต่อองศาเซลเซียสหมายความว่าคุณต้องใช้พลังงาน 4200 จูลเพื่อให้ความร้อนหรือทำให้น้ำหนึ่งกิโลกรัมเย็นลงในระดับเดียว (หรือ 8400 จูลสำหรับสองกิโลกรัม)ดังนั้น หากคุณต้องการแช่แข็งขวดน้ำหนึ่งลิตร (น้ำหนัก 1 กก.) จากอุณหภูมิห้อง 20°C ไปจนถึง −20°C ที่เหมือนช่องแช่แข็ง คุณจะต้องใช้ 4200 × 1 กก. × 40°C หรือ 168,000 จูลหากช่องแช่แข็งของตู้เย็นของคุณสามารถขจัดความร้อนด้วยกำลังไฟ 100 วัตต์ (100 จูลต่อวินาที) นั่นจะใช้เวลา 1680 วินาทีหรือประมาณครึ่งชั่วโมง

คุณจะเห็นว่าต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการทำให้อาหารที่เป็นน้ำเย็นลงและนั่นก็อธิบายได้ว่าทำไมตู้เย็นจึงใช้ไฟฟ้ามากจากข้อมูลของสำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานของสหรัฐฯ ตู้เย็นใช้ไฟฟ้าประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์ของไฟฟ้าในประเทศทั้งหมด (ประมาณเท่าๆ กับทีวีและเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง และน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของเครื่องปรับอากาศ ซึ่งใช้มากถึง 17 เปอร์เซ็นต์)

แผนภูมิ: ปริมาณการใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเมื่อสิ้นสุดการใช้งาน: ตู้เย็นใช้ไฟฟ้าในบ้าน 7 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งน้อยกว่าเครื่องปรับอากาศหรือระบบทำความร้อนมากตู้เย็นในบ้านหลักใช้ไฟฟ้าในการทำความเย็นประมาณ 77 เปอร์เซ็นต์ ตู้เย็นที่สองใช้อีก 18 เปอร์เซ็นต์ และหน่วยอื่นๆแหล่งที่มา:สำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานของสหรัฐฯ,