Охарактеризуйте спосіб отримання низьких температур за допомогою фазового переходу робочої речовини

Існує три агрегатних стани речовини: тверде тіло, рідина і газ.

Тверде тіло має жорстку молекулярну структуру, положення кожної молекули зафіксовано, а самі молекули здійснюють коливальні рухи відносно цього положення. Тверда речовина зберігає свої розміри, форму та майже не стискається.

Рідке тіло не має жорсткої молекулярної структури, молекули мають більше свободи для переміщення. Речовина в рідкому стані набуває форми ємності, в якій розміщена і практично не стискається.

Молекули газоподібного тіла не пов'язані між собою силами взаємного притягання, постійно перемішуються, безперервно зіштовхуються між собою та стінками ємності. Газоподібна речовина легко стискається.

Речовина може переходити з одного агрегатного стану в інший. Особливістю усіх процесів фазового переходу є постійна температура. Для здійснення процесів фазового переходу витрачається певна кількість теплоти.

Кількість теплоти, яка необхідна для фазового переходу 1 кг речовини з одного агрегатного стану в інший, називається питомою теплотою фазового переходу, кДж/кг.

Охолодження відбувається під час зміни агрегатного стану речовини, яке супроводжується поглинанням теплоти з навколишнього середовища: кипіння, плавлення, сублімація.

Кипіння – випаровування рідини, яке відбувається по всьому її об'єму. Температура кипіння залежить від тиску. Змінюючи тиск можна суттєво впливати на температуру кипіння. Зворотній до кипіння процес називається конденсацією, яка, на відміну від кипіння, супроводжується виділенням теплоти. Сукупність процесів кипіння та конденсації є основою для роботи компресійної холодильної машини.

Плавлення – перехід твердих тіл в рідкий стан. Для охолодження за допомогою плавлення використовують водяний лід.

Для використання льоду як охолоджувача температура його плавлення повинна бути нижчою за температуру середовища, яке охолоджують.

Льодяне охолодження може здійснюватися безпосереднім охолодженням і з використанням проміжного теплоносія (вода, повітря).

При безпосередньому охолодженні лід знаходиться у контакті з об'єктом. Для збільшення поверхні контакту з продуктом лід подрібнюють.

При використанні примусової циркуляції, повітря за допомогою вентиляторів пропускається через шар подрібненого льоду. При цьому значно інтенсифікується теплообмін, але зростають витрати електроенергії.

Лід можуть використовувати природний і штучний.

Недолік льодового охолодження: за допомогою льоду не можна отримати температуру в об'ємах, які охолоджуються, нижчу з 8 0С, що не дає змоги використовувати його для тривалого зберігання продуктів.

Льодосольове охолодження. Для того, щоб отримати нижчі температури, ніж при охолодженні чистим льодом, застосовують лід у суміші з сіллю. У такій суміші одночасно здійснюються процеси розчинення солі і плавлення льоду з утворенням води і подальшим розчиненням солі. На плавлення льоду і розчинення солі витрачається теплота суміші, тому її температура знижується. При збільшення концентрації солі температура плавлення і замерзання льодосольової суміші зменшуються.

Сублімація – перетворення твердих тіл в газоподібний стан, обминаючи рідку фазу. Для охолодження таким способом використовують твердий діоксид вуглецю.

Як охолоджуюче середовище сухий лід має значні переваги перед водяним льодом: холодопродуктивність на одиницю маси в 1,9, на одиницю об'єму в 7,9 разів більша; при атмосферному тиску сухий лід переходить в газоподібний стан, оминаючи рідку фазу, що виключає зволоження поверхні продукту. Внаслідок низької температури сублімації сухого льоду (-78,9 оС) та виділенню газоподібного діоксиду вуглецю знижується концентрація кисню над поверхнею продукту, створюються несприятливі умови для розвитку мікроорагнізмів.

Сухий лід укладають на поверхню упаковок продуктів та між ними і використовують як охолоджувальне середовище для зберігання морозива, фруктів та ягід.