냉장고는 전기를 이용하여 내부의 온도를 차갑게 유지하는 원리는?

Question

냉장고는 전기를 이용하여 내부의 온도를 차갑게 유지하고 음식물이 상하는 것을 막아주는 필수 가전제품입니다. 냉매가 액체에서 기체로, 다시 기체에서 액체로 상태 변화를 반복하며 열을 흡수하고 방출하는 열역학적 원리를 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

이제 우리의 일상에서 없어서는 안될 가전제품 중에 하나가 냉장고 인 것 같습니다. 요즘에는 일반 냉장고와 김치 냉장고 등 최소 2대의 냉장고를 사용하고 있구요. 이런 냉장고가 음식을 상하지 않고 온도를 낮춰 차갑게 유지하는 상태 변화라는 과학적 원리를 이용하는 것입니다. 이와 관련하여 상세하게 설명드리도록 할께요.

냉장고는 냉매의 상태 변화에 따른 열을 이용해 내부 온도를 낮추는데, 이는 증발, 압축, 응축, 팽창의 네 단계 순환 과정을 거쳐 일어나게 됩니다.

먼저 내부의 증발기에서 저온, 저압의 액체 냉매가 주변 열을 흡수하여 기체로 증발하며 내부를 차갑게 만듭니다. 열을 머금은 기체 냉매는 전기를 사용하는 압축기로 이동해 강하게 압축되면서 고온, 고압의 기체가 됩니다. 이 고온의 기체가 냉장고 외벽의 응축기를 지나갈 때 외부로 열을 방출하며 다시 고압의 액체로 응축됩니다. 마지막으로 팽창밸브를 통과하며 압력과 온도가 급격히 떨어져 저온, 저압의 액체 상태로 돌아갑니다.

이처럼 냉장고는 전기에너지를 동력 삼아 냉매를 강제 순환시킴으로써, 내부의 열을 흡수하고 외부로 방출하는 열역학적 과정을 끊임없이 반복하는 우리의 중요한 가전제품이 된 것입니다.