Холодильник. Лучшее изобретение человечества?
Нас окружает множество привычных вещей, о природе которых мы часто и не задумываемся.
Вот, к примеру, холодильник. Большой и широкий, или маленький и компактный; дедушкин, полувековой давности или современный технологичный и многокамерный. Они стоят практически на каждой кухне, и мы пользуемся ими каждый день.
А часто ли вы задумываетесь о том, как люди хранили продукты до появления этих больших коробок с холодом в наших домах? Для начала, предлагаю вспомнить относительно недавнюю историю изобретения холодильника, а затем погрузимся вглубь веков, чтобы узнать как, люди жили без холодильников.
Как появился холодильник и как он работает?
Охлаждение в кондиционере, или далее по тексту в холодильной машине, обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температуре.
Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения
По принципу действия холодильники разделяются на компрессионные и абсорбционные.
Компрессионные холодильники используют компрессор для сжатия и охлаждения рабочего хладагента, который затем циркулирует через систему, чтобы охлаждать пространство внутри холодильника. Абсорбционные холодильники работают на основе процесса абсорбции. Они используют нагревательный элемент для нагрева хладагента в аммиачной системе, что вызывает его испарение. Затем пары хладагента проходят через сорбент (обычно соль), который абсорбирует их. Далее хладагент испаряется и охлаждает внутреннее пространство холодильника.
Энергопотребление: Компрессионные холодильники обычно потребляют меньше энергии в сравнении с абсорбционными. Они эффективнее и могут обеспечить более стабильную температуру внутри холодильника. Абсорбционные холодильники, с другой стороны, чаще используются в ситуациях, когда доступ к электричеству ограничен, так как они могут работать на газе или других альтернативных источниках энергии.
Размер и применение: Компрессионные холодильники чаще используются в домашних холодильниках, автомобильных и коммерческих системах охлаждения. Абсорбционные холодильники чаще встречаются в кемпинговых холодильниках, холодильных ячейках для рекреационных транспортных средств и в отдаленных районах, где доступ к электричеству ограничен.
Оба типа холодильников имеют свои преимущества и недостатки, и выбор между ними зависит от конкретных потребностей и условий эксплуатации.
Теоретической основой, на которой построен принцип работы холодильников, является второе начало термодинамики. Охлаждающее рабочее тело (хладагент) в холодильниках совершает так называемый обратный цикл Карно. При этом основной вклад в передачу теплоты вносит изменение термодинамического состояния хладагента не в цикле Карно, а в фазовых переходах — испарении и конденсации хладагента.
Второе начало термодинамики - это одно из основных положений термодинамики, которое гласит, что тепло никогда не может самопроизвольно переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой без внешнего воздействия. Иными словами, это утверждение запрещает процесс, называемый теплопроводностью от холодного тела к горячему без дополнительной работы, например, с помощью тепловых насосов или рефрижераторов. Сформулированное в виде утверждения "тепло не может самопроизвольно переходить от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой" также может быть переформулировано в виде утверждения о том, что эффективность тепловых двигателей ограничена максимальной эффективностью Карно. Это положение имеет фундаментальное значение в термодинамике и является основой для понимания различных тепловых процессов и устройств, таких как холодильники, тепловые насосы и тепловые двигатели. Обратный цикл Карно - это теоретический процесс, используемый для описания идеального холодильного цикла, и он состоит из двух изоэнтропических процессов и двух изотермических процессов.
В обоих типах холодильников, компрессионных и абсорбционных, применяются принципы теплотехники, но они не полностью соответствуют обратному циклу Карно. Компрессионные холодильники приближаются к идеальному циклу ближе, чем абсорбционные. Они используют компрессор для сжатия хладагента, создавая высокое давление и температуру, а затем переносят тепло через конденсатор, превращая газ в жидкость. Затем происходит расширение через устройство расширения, снижая температуру и давление, прежде чем хладагент возвращается в испаритель, чтобы охладить холодильное пространство. Хотя процесс не соответствует полностью обратному циклу Карно из-за неизбежных потерь энергии и неравномерностей процесса, он приближается к идеалу. Абсорбционные холодильники используются, чтобы достичь охлаждения без использования компрессора. Они работают на основе процесса абсорбции, который включает в себя испарение и абсорбцию хладагента. Этот процесс не совсем соответствует идеальному обратному циклу Карно, так как он отличается от стандартных циклов компрессорных холодильников и включает другие тепловые процессы, такие как абсорбция. Таким образом, хотя оба типа холодильников используют принципы теплотехники, они не полностью соответствуют идеальному обратному циклу Карно из-за различий в их конструкции и процессах работы. В обоих случаях используется внешний источник энергии и какое-то химическое вещество для генерирования холода
В основе принципа действия подавляющего большинства современных бытовых холодильников и кондиционеров лежит технология компрессионного цикла. Ее изобретатель - Джон Горри, американский врач. Сражаясь с малярией, он искал способ охлаждать воздух в палатахбольных. В 1850 году он получил патент на свой аппарат, который сначала сжимал воздух, а затем расширял. Расширяющийся воздух охлаждается, в этом и состоит принцип действия компрессионных охладительных аппаратов. Аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером.
Стоит отметить, что помимо компрессионного, существует также абсорбционный холодильник. Его изобретение приписывают французский учёному Фердинанд Карре, который в 1858 году придумал, как за счёт абсорбции аммиака можно получать искусственный холод. Так же, как и в компрессионном, охлаждение происходит за счет испарения хладагента, только в абсорбционном вместо сжатия происходит растворение в жидкости (воде). В воду также добавляется инертный газ, и за счет изменения парциального давления аммиак испарятся, поглощая тепло. Абсорбционный холодильник отличается бесшумностью работы. В настоящее время такие холодильники чаще используются в качестве автономных.
Далее развитие холодильников стало развиваться медленно, но верно. Немецкий аристократ Карл фон Линде В 1879 году изобрёл компрессорное устройство, способное производить лёд в огромном количестве. Данные агрегаты сразу же закупили многие бойни и фабрики, изготавливавшие пищевые продукты. в помещении, в котором хранились продукты, Линде использовал разветвленную системе труб с охлаждающей жидкостью, Это позволило многим предпринимателям открывать холодильные склады больших размеров.
А вот настоящим Гефестом холода для домов и квартир стал датский инженер Кристиан Стинструп. В 1926 году он совершил маленькую революцию, и подарил человечеству бесшумный, безвредный и долговечный холодильник. Выглядел он уже довольно привычно для нас.
Это событие не осталось незамеченным тогдашним промышленным конгломератом - General Electric - приобрела патент на его изобретение. Они назвали модель Monitor-Top и продали более 1 млн экземпляров.
С 1930 года в качестве хладагента в бытовых холодильниках стал использоваться фреон.
В СССР первые образцы бытового компрессионного холодильника производятся в 1937 году. Серийный выпуск холодильников ХТЗ-120 начался в 1939 году на Харьковском тракторном заводе. Ёмкость камеры составляла 120 литров, до начала Великой Отечественной войны выпущено несколько тысяч единиц. В 1940-е годы в холодильниках появляются морозильные отделения, также возникают обособленные морозильные шкафы.
В 1951 году автомобильный завод ЗИС выпустил первую партию знаменитых холодильников «Москва». Холодильники «Москва» отличались высоким качеством изготовления и долговечностью — многие холодильники продолжают работать спустя полвека, однако достигнуто это было ценой высокой трудоёмкости изготовления и расхода большого количества металла.
Не будем более углубляться в физику в этой статье, ведь это статья про Историю. Вернемся в прошлое человечества.
А как люди жили до их появления?
С появлением этих больших белых аппаратов в наших домах мы разобрались, а что же люди делали с продуктами питания до изобретения этих устройств? На самом деле, выбор был невелик, и было всего два пути:
1) сохранять холод
2) консервировать сами продукты
Сохранение холода
Первый вариант - по сути это и есть холодильник, принцип действия которого не в генерации холода, а в его сохранении. Первыми людьми могли использоваться холодные горные реки, или озера, что практикуется до сих пор в жарких странах. Затем люди использовали специальные ямы, подвалы. Холодные погреба есть и сегодня во многих домах и дачах. Однако, наиболее технологичным изобретением древности, стал Ле́дник, по оценкам появившийся примерно 2 тысячи лет назад до нашей эры. Ле́дник — помещение для складирования скоропортящихся пищевых продуктов, в котором охлаждение производится при помощи льда. Зимой лед собирался и помещался в подготовленную теплоизолированную камеру. Теплоизоляцию ледяного массива производили при помощи древесных опилок, торфа, шкур животных или других материалов. Со льдом могла использоваться соль. Такой ледник сохранял холод в течение нескольких месяцев. Ле́дники массово использовались в мире вплоть до XX века, и по сути заменяли собой современные холодильники. Для императора Нерона слуги заготавливали на замёрзших водоёмах в горах снег и лёд. В Средние века Южная Европа долгое время даже не подозревала, что снег и лёд способны принести пользу в хозяйстве. Знаменитый путешественник и купец Марко Поло после длительного пребывания в Китае написал книгу, в которой описал все достоинства льда и снега, что переняли на вооружение в Европе. В древней Персии (современный Иран) вплоть до недавнего времени были распространены вот такие замечательные зефирные конструкции: 
В зависимости от конструкции различают:
- наземные
- подземные
- с верхним/центральным/боковым/нижним расположением льда
- ле́дники с долговременным запасом льда
- ле́дники с сезонным запасом льда
- ле́дники с кратковременным запасом льда
В России широко использовались ледники, которые представляли собой сруб или каменное строение, врытое в землю. Набитое большим количеством снега и льда, укрытое толстым настилом, поверх которого была насыпана земля и уложен дёрн, такой ледник позволял хранить длительное время скоропортящиеся продукты.
Консервирование
Что касается второго способа, то издревле люди сушили фрукты, овощи и мясо на солнце или на воздухе, чтобы удалить влагу и предотвратить разложение. Они также консервировали продукты, добавляя соль, уксус или сахар, чтобы создать окружение, неблагоприятное для развития бактерий и других микроорганизмов. Древние египтяне солили и коптили мясо, а римляне мариновали овощи. В Сибири делали муку из сушёной рыбы, а американские индейцы сушили мясо и рыбу на солнце и перетирали их в порошок. Немаловажный фактор - это использование природных консервантов, таких как специи и травы. Некоторые специи, например, имеют антимикробные свойства, которые помогают предотвратить разложение продуктов.
Вяление - это процесс сохранения продуктов за счет удаления влаги из них. В результате процесса вяления продукты становятся более плотными, снижается их влажность, а также уменьшается количество доступной воды для различных микроорганизмов, которые могут привести к порче продуктов. Вяление является одним из самых древних методов консервирования продуктов. Чаще всего вяление применяют для овощей и фруктов, но также можно использовать для мяса и рыбы.
Процесс вяления может осуществляться различными способами. Один из наиболее распространенных способов - это использование соли. В этом случае продукты обмакивают в раствор соли и оставляют на несколько часов. Соль помогает удалять воду из продуктов и предотвращает рост бактерий и других микроорганизмов. Также существуют другие методы вяления, например, использование уксуса, сахара или специй. В зависимости от продукта и желаемого результата, можно использовать различные сочетания этих ингредиентов и разные способы обработки. Вяление является эффективным способом сохранения продуктов в течение длительного времени, и продукты, которые были подвергнуты вялению, могут сохраняться в течение многих месяцев.
Таким образом, до изобретения холодильников люди имели немалый спектр различных методов для сохранения свежести и продления срока годности продуктов. Это помогало им выживать и сохранять еду для длительного использования. Тем не менее с изобретением холодильников, человечеству точно стало сильно комфортнее жить, и не спроста это устройство попадает в список важнейших изобретений человечества На мой субъективный взгляд, холодильник точно заслуживает быть в пятерке важнейших изобретений человека разумного.
Использованы материалы:
hvac-school.ru
ru.wikipedia.org
solaripedia.com
Список изобретений человечества
- Андрей Владимирович
О проекте
Любознание.рф 2025
