Autor

Daniel Hornung
Daniel Hornung

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Daniel Hornung, 26 Jahre, studiert Physik an der Universität Göttingen und ist seit Oktober 2006 am MPI für Dynamik und Selbstorganisation in der Abteilung für komplexe Fluide. Dort arbeitet er an seiner Diplomarbeit über feuchte Granulate.

Frage:

Warum kann ein Kühlschrank seine Innen- unter die Umgebungstemperatur senken?

Antwort:

Die Frage ist genau richtig gestellt, denn nur das kann ein Kühlschrank: Seine Innentemperatur unter die Umgebungstemperatur senken. Er kann in einem Raum nicht die Gesamttemperatur verringern, darum bringt es im Sommer auch nichts, zur Raumkühlung den Kühlschrank zu öffnen.

Aber wie funktioniert so ein Kühlschrank? Im Alltag gibt es jede Menge Phänomene, bei denen man Abkühlung beobachten kann. Die Verdunstungskälte, die beim Verdunsten von Flüssigkeiten auftritt, kann man im Sommer am eigenen Leib erfahren. Wenn man nach einem Bad im Freibad oder Badesee aus dem Wasser steigt, beginnt man zu frösteln, obwohl die Luft viel wärmer als das Wasser ist. An der Luft verdunstet das Wasser von der Körperoberfläche und entzieht damit der Haut viel mehr Wärme, als es der Badesee konnte. Kühlung durch Druckabfall kann man sehr schön beim Hantieren mit Feuerzeuggas sehen: In der Nachfüllflasche und im Feuerzeug steht das Gas unter so hohem Druck, dass es flüssig ist. Am Ventil bildet sich durch den Druckabfall eine feine Schicht aus gefrorenem Wasser.

Besonders kalt wird es auch da, wo kleine Flüssiggaströpfchen daneben spritzen und unter Normaldruck sofort verdampfen. Mit diesen Effekten kann man, wenn sie in einen Kreislauf eingebunden werden, einen Kühlschrank bauen. Betrachten wir einmal einen normalen Kühlschrank genauer: An der Rückseite finden wir ein Rohrsystem, das sich meistens warm anfühlt. Dort passt sich die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit an die Raumtemperatur an. Durch ein Ventil wird sie in ein Rohrsystem im Inneren des Kühlschranks gelassen. Weil im Ventil der Druck viel geringer wird, kühlt sie sich ab. Durch den niedrigeren Druck kann die Kühlflüssigkeit verdunsten und nimmt dabei noch viel mehr Wärmeenergie aus dem Kühlschrank auf. Das verdunstete Kühl„gas“ im Kühlschrank wird schließlich von einer Pumpe in das äußere Rohrsystem komprimiert. Dadurch wird es aufgeheizt, die Wärme wird aber an die Zimmerluft abgegeben. Außen kondensiert es in den Rohren unter weiterer Wärmeabgabe wieder und kann schließlich über das Ventil ins Kühlschrankinnere zurück, der Kreislauf ist geschlossen. Für einen effizienten, Energie und Stromkosten sparenden, Betrieb ist es also wichtig, dass die Kühllamellen an der Rückseite des Kühlschranks gut belüftet sind. Nur wenn dort überschüssige Wärme abgegeben werden kann, kann der Kühlschrank gut kühlen.

 
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