La physique

Comment fonctionnent les réfrigérateurs? (suite)


Processus thermodynamiques

En bref, le fonctionnement des réfrigérateurs populaires est basé sur un processus de transfert de chaleur d'une source froide à une source chaude. Cependant, ce processus n'est pas spontané: il faut une quantité d'énergie externe, qui se produit sous forme de travail, pour que ce transfert soit possible. Par souci de clarté, la source froide est le congélateur et la source chaude est le condenseur (également appelé radiateur).

Nous allons maintenant analyser les cycles thermodynamiques qui se produisent lors du fonctionnement d'un réfrigérateur. Pour cela, considérez la figure ci-dessous.

Ce graphique représente le cycle impliqué au moyen d'un diagramme PV, divisé en cinq processus. Il s'agit évidemment de l'idéalisation des cycles, car aucune perte d'énergie possible n'est prévue, par exemple.

Voyons ce qui se passe à chacune des étapes du cycle.

* 1 - 2: compression adiabatique

En augmentant la pression du fluide, le compresseur réduit le volume. Étant donné que ce processus se produit très rapidement, de sorte que les pertes d'énergie sont minimes, nous pouvons le considérer comme un processus adiabatique. Le travail effectué par le compresseur est responsable de l'augmentation de l'énergie interne du fluide et, par conséquent, de l'augmentation de sa température.

* 2 - 3: refroidissement isobare

Le fluide commence à perdre de l'énergie sous forme de chaleur, et comme le compresseur maintient la pression élevée et constante, le volume et la température diminuent.

* 3-4: condensation

Toujours dans le condenseur et sous haute pression, le fluide perd un peu plus d'énergie sous forme de chaleur. De ce fait, le volume et la température du fluide diminuent encore et il passe de l'état gazeux au liquide. Surtout, jusqu'à présent, le fluide était à l'état gazeux.

* 4 - 5: expansion adiabatique

Sous haute pression, le fluide s'écoule à travers le tube capillaire et à la sortie du tube, il se dilate. Étant donné que cette expansion se produit très rapidement, de sorte que le fluide échange une petite quantité d'énergie (sous forme de chaleur) avec le voisinage, nous pouvons considérer le processus comme adiabatique. Cependant, la pression et la température du fluide diminuent et une partie se vaporise. Ainsi, à la sortie du tube, le fluide se présente sous forme de gouttelettes de liquide en suspension dans la vapeur à basse pression. Remarque: La basse pression du tube capillaire est un effet du fonctionnement du compresseur qui aspire le fluide gazeux de cette partie du circuit pour le comprimer dans le condenseur.

* 5 - 1: Vaporisation isobare

Dans l'évaporateur, sous une pression faible et constante, les gouttelettes restantes sont vaporisées, absorbant l'énergie (sous forme de chaleur) du congélateur. À la sortie de l'évaporateur, le fluide est entièrement à l'état gazeux et à basse pression, s'écoulant dans le compresseur et répétant le cycle.