Оглавление

Введение        

Как хранили продукты в древности        

История создания холодильника        

Типы холодильников, выделяемые в соответствии с их месторасположением        

Элементы холода для переносного холодильника        

Изготовление модели холодильника        

Заключение        

Источники информации        

Введение

Мы покупаем много вещей, которые потом пылятся на балконе. Люди тратят деньги на то, что они могут сделать своими руками.

Цель нашего проекта:

изготовить модель переносного холодильника и изучить его характеристики.

Для этого поставили перед собой задачи:

1. Изучить литературу по данной теме.
2. Подобрать материал для изготовления.
3. Изготовить модель переносного холодильника.
4. Изучить свойства полученного холодильника.

Как хранили продукты в древности

С самых древних времен и до наших дней одним из основных стремлений человечества было научиться сохранять продукты питания свежими как можно дольше. В древности от этих навыков напрямую зависела жизнь, а сегодня неправильное хранение продуктов приводит не только к лишней трате денег, но и может угрожать здоровью. Согласитесь, отравления штука очень не приятная, но, к сожалению, не редкая.

Самый первый способ хранения продуктов, который придумали наши далекие предки, очень прост – это сушка. Высушенные овощи, грибы, ягоды и мясо после такой обработки хранились по несколько месяцев, а, значит, обеспечивали людей пищей в зимние месяцы и в периоды неудач на охоте.

В Древней Индии из-за высокой влажности воздуха и высоких дневных температур сушка не была действенным способом хранения продуктов. Поэтому еще более трех тысяч лет назад индийцы изобрели первый способ консервации. Это была консервация в специях, очень простой, быстрый и эффективный способ сохранить свежесть продуктов на срок от нескольких дней до нескольких месяцев. В качестве консервационных специй чаще всего использовались перец, имбирь, куркума и карри. Нужно заметить, что такой способ консервации до сих пор широко распространен в бедных районах Индии и в некоторых странах Азии.

А вот в Египте чтобы сохранить продукты, их помещали в амфору или кувшин и заливали оливковым маслом. Этот метод хранения продуктов довольно недолговременный, но зато позволяет сохранить вкус и аромат продуктов практически в первозданном виде.

Следующим этапом в борьбе людей за сохранность продуктов стало использование соли. Появились всем нам знакомые соленые огурцы, помидоры, квашеная капуста и т.д.

Как ни странно, но одним из стимулов развития технологий долгого хранения продуктов стали многочисленные войны. Так, например, Наполеон даже объявил специальный конкурс на изобретение лучшего способа хранения продуктов. Ведь его армия во время дальних походов нуждалась в провианте. Выиграл этот конкурс французский ученый Николя Франсуа Аппер. Именно он решил подвергать продукты тепловой обработке и затем помещать в герметично закрытые емкости.

Конечно же, существует и немало народных хитростей, позволяющих продлить свежесть продуктов, ведь хорошая хозяйка обязательно должна знать, как не допустить порчи продуктов, а, значит, лишних трат. Вот некоторые из этих премудростей: чтобы соль не отсыревала, в нее нужно добавить несколько зернышек риса или немного крахмала. Кусочек яблока на несколько дней продлит свежесть хлеба и не даст ему зачерстветь. Сыр, по возможности, нужно хранить в пластиковой таре, положив в нее небольшой кусочек сахара. Это позволит надолго сохранить вкус сыра. А вот овощи и фрукты лучше всего сохранятся при температуре около плюс 1-3 градусов.

В наши дни сохранить свежесть продуктов стало значительно проще. Существуют различные технологии консервирования, пастеризации, заморозка и т.д. Но это все же промышленные средства, а как сохранить продукты в домашних условиях? Здесь на помощь приходит старый добрый холодильник. [2]

История создания холодильника

Помещения для хранения продуктов, наполняемые льдом, появились несколько тысяч лет назад. Для императора Нерона слуги заготавливали на замерзших водоемах в горах снег и лёд. Южная Европа долгое время даже не подозревала, что снег и лед 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.

Начиная с XVIII века ёмкости из фаянса и фарфора заполнялись бутылками с вином, после чего сверху укладывали колотый лёд. Своеобразный холодильник подавали прямо к столу.

В России широко использовались ледники, которые представляли собой сруб, врытый в землю. Набитый большим количеством снега и льда, укрытый толстым настилом, поверх которого была насыпана земля и уложен дёрн, такой ледник позволял хранить длительное время скоропортящиеся продукты.

В 1686 году итальянец Франческо Прокопио открыл в Париже кафе Прокоп, которое пользовалось популярностью у парижан за счёт того, что в нём продавали замороженные щербеты и мороженое.

В 1803 году американский предприниматель Томас Мур, поставляющий в Вашингтон сливочное масло, представил миру прототип кухонного холодильника, изготовленного своими руками. Не имея возможности доставлять масло к месту назначения специальным транспортом, он разработал, а затем воплотил в жизнь модель, которая позволяла хранить продукты длительное время. Для изготовления рефрижератора, именно так предприниматель назвал своё изобретение, ему понадобились тонкие листы стали, из которых и была изготовлена ёмкость для масла. Обёрнутая шкурками кролика, ёмкость была помещена в специальную бадью, изготовленную из кедровых клепок, и затем засыпана сверху льдом.

Массово использовались в середине XIX века домашние ледники. Внешне их невозможно было отличить от обычных кухонных шкафов. Кроличьи шкурки для теплоизоляции уже не использовались, вместо них засыпались опилки и пробка. Отсек, который заполнялся льдом, в одних моделях был под камерой для продуктов, а в других над ней. Через кран талая вода сливалась в специальный поддон.

14 июля 1850 года американский врач Джон Гори впервые продемонстрировал процесс получения искусственного льда в созданном им аппарате. В своём изобретении он использовал технологию компрессионного цикла, которая применяется в современных холодильниках, а сам аппарат мог служить одновременно морозильником и кондиционером.

В 1857 году австралиец Джеймс Харрисон стал применять холодильные камеры, работающие с использованием компрессора, в пивоваренной и мясообрабатывающей промышленности.

В 1857 году был создан первый железнодорожный вагон-рефрижератор.

Французский учёный Фердинанд Карре в 1858 году придумал, как за счёт абсорбции аммиака можно получать искусственный холод — придумал первую абсорбционную холодильную машину. Несмотря на то, что его способ был очень удачным, об изобретении забыли на несколько десятилетий.

В начале XX века в Москве была открыта фирма, которая предлагала всем желающим агрегат под названием «Эскимо». Данное устройство было изготовлено по принципу, предложенному Фердинандом Карре. При своих больших габаритах, устройство не издавало громкого шума и было универсальным. Для работы необходимы были уголь, дрова, керосин или спирт. Один цикл работы «Эскимо» позволял получить 12 кг льда.

В 1879 году аристократ из Германии Карл фон Линде изобрёл устройство с компрессором, для работы которого он использовал аммиак. Благодаря его холодильной машине появилась возможность производить лёд в огромном количестве. Данные агрегаты сразу же закупили многие бойни и фабрики, изготавливающие пищевые продукты. Принцип работы представлял собой циркуляцию холодного рассола по системе труб, которая была разветвлена, таким образом помещение, в котором хранились продукты, охлаждалось. Данное изобретение позволило многим предпринимателям открывать холодильные склады больших размеров.

Первый бытовой электрический холодильник был создан в 1913 году. Как и промышленные холодильники, он работал с использованием принципа теплового насоса. В первых бытовых холодильниках в качестве охлаждающей жидкости использовались достаточно токсичные вещества.

В 1926 году Альберт Эйнштейн со своим прежним студентом Лео Силардом предложили вариант конструкции абсорбционного холодильника, именуемого эйнштейновским.

В 1926 году датский инженер Кристиан Стинструп представил миру бесшумный, безвредный и долговечный холодильник, предназначенный именно для дома. Герметичный колпак скрывал как электродвигатель холодильника, так и его компрессор. General Electric приобрела патент на его изобретение.

Первая получившая широкое распространение модель холодильника Monitor-Top была произведена фирмой GeneralElectric в 1927 году. General Electric продала более 1 млн экземпляров Monitor-Top.

С 1930 года в качестве хладагента в бытовых холодильниках применяется фреон. В 1940-е годы в холодильниках появляются морозильные отделения, также возникают обособленные морозильные шкафы. В 1950—1960-е годы на рынок выходят холодильники с функцией размораживания.

В СССР первые образцы бытового 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 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.

К 1962 году холодильники имели: в США — 98,3 % семей, в Италии — 20 %, а в СССР — 5,3 % семей.[1]

Типы холодильников, выделяемые в соответствии с их месторасположением

В этой категории холодильники делятся на встраиваемые, транспортные, переносные (термосумки или сумки-холодильники), отдельно расположенные холодильники.[5]

Элементы холода для переносного холодильника

В своем исследовании мы будем изготавливать переносной холодильник. Ему требуются аккумуляторы холода.

В качестве аккумулятора холода можно использовать пластиковые бутылки из-под газированной воды 0.5 литров. Заполните их водой так, чтобы осталось немного воздуха, и плотно закройте крышками. Воздух нужен, так как при замерзании вода расширяется. Нужно место, куда она будет расширяться, чтобы не порвать бутылку. Как показывает опыт, пластиковые бутылки выдерживают неоднократное замерзание в них воды, если оставить немного воздуха.

Когда вода переходит из твердого агрегатного состояния в жидкое, она отбирает из окружающей среды довольно много тепловой энергии. При этом температура воды не изменяется, пока не растает весь лед. Она остается около 0 градусов. Этого вполне достаточно, чтобы оставались свежими еда и охлажденные продукты (мясо, птица, рыба). Но для перевозки замороженных продуктов (мороженого, замороженного мяса и тому подобного) этого недостаточно. Если Вам нужна не сумка - холодильник, а сумка - морозильник, то потребуется температура ниже нуля. Тогда в  бутылки наливают не воду, а слегка подсоленный или спиртовой раствор. Точно сказать пропорции не возможно. Их нужно подбирать, исходя из двух соображений. Во-первых, домашний холодильник должен быть в состоянии заморозить этот раствор. Во-вторых, температура его замерзания должна быть довольно низкой. Состав подбирается экспериментально. Добавьте в воду немного соли или спирта. Поместите  в морозильник. Если замерзло, разморозьте и добавьте еще соли (или спирта). Как только замерзать перестало, отливаем часть раствора и добавляем немного воды. И так до того момента, чтобы опять стало замерзать. Нужные пропорции будут  получены.

Существуют готовые элементы холода для автомобильных холодильников, стоимость их не высока. Рассмотрим один из видов.

Элемент Пельтье — это термоэлектрический преобразователь, принцип действия которого базируется на эффекте Пельтье — возникновении разности температур при протекании электрического тока. В англоязычной литературе элементы Пельтье обозначаются TEC (от англ. Thermoelectric Cooler - термоэлектрический охладитель). Эффект, обратный эффекту Пельтье, называется эффектом Зеебека. В основе работы элементов Пельтье лежит контакт двух токопроводящих материалов с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При протекании тока через контакт таких материалов, электрон должен приобрести энергию, чтобы перейти в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника. При поглощении этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников. При протекании тока в обратном направлении происходит нагревание места контакта полупроводников, дополнительно к обычному тепловому эффекту. При контакте металлов эффект Пельтье настолько мал, что незаметен на фоне омического нагрева и явлений теплопроводности. Поэтому при практическом применении используются контакт двух полупроводников. Элемент Пельтье состоит из одной или более пар небольших полупроводниковых параллелепипедов — одного n-типа и одного p-типа в паре (обычно теллурида висмута, Bi2Te3 и германида кремния), которые попарно соединены при помощи металлических перемычек. Металлические перемычки одновременно служат термическими контактами и изолированы непроводящей плёнкой или керамической пластинкой. Пары параллелепипедов соединяются таким образом, что образуется последовательное соединение многих пар полупроводников с разным типом проводимости, так чтобы вверху были одни последовательности соединений (n→p), а снизу противоположные (p→n). Протекающий электрический ток протекает последовательно через все параллелепипеды. В зависимости от направления тока верхние контакты охлаждаются, а нижние нагреваются — или наоборот. Таким образом электрический ток переносит тепло с одной стороны элемента Пельтье на противоположную и создаёт разность температур. Если охлаждать нагревающуюся сторону элемента Пельтье, например, при помощи радиатора и вентилятора, то температура холодной стороны становится ещё ниже. В одноступенчатых элементах, в зависимости от типа элемента и величины тока, разность температур может достигать приблизительно 70К.[5]

Изготовление модели холодильника

Проанализировав информацию сайтов, научно популярных журналов, учебника физики за 8 класс, мы изготовили модель холодильника в соответствии с теорией. Переносной холодильник позволяет сохранить температуру продуктов. Нами была выбрана монтажная пена в качестве теплоизолятора, две коробки картонные для корпуса с гладкими стенками, крышка картонная, которую также теплоизолировали фольгой для отражения тепла. Изнутри холодильник выложили фольгой, и проклеили скотчем. Корпус снаружи оклеили самоклеющейся пленкой светлого цвета, теперь холодильник можно будет протереть как снаружи, так и внутри, гигиена соблюдена.

В качестве аккумуляторов холода решено было испытать пластиковую бутылку с замороженной водой, объемом 0,5 л.

Вторым аккумулятором холода стал пластиковый пакет, с охлажденным в морозильнике спиртом, также объемом 0,5 л.

Третьим аккумулятором холода решено было взять готовый элемент Пельтье, который вмонтировали в крышку, и подключили к аккумулятору. В последствии модель доработали заменив аккумулятор на сетевую зарядку.

Все показания температуры сняты электронным термометром, питающимся от двух небольших батареек, так же вмонтированным в крышку. Батарейки заменили на впаянную пальчиковую батарею дюрасел.

Элементы холода (вода и спирт) вкладывались в сам холодильник, что скрадывало внутреннее пространство. Элементы Пельтье вынесены на крышку, что позволит использовать полностью холодильник.

Для исследования мы взяли пол-литровую бутылку воды из холодильника при 12 градусах, вкладывали ее в нашу модель холодильника с различными элементами холода на 3 часа.

Результат наших испытаний представляем в таблице.

Таблица 1. Показания изменения температуры бутылки с водой объемом 0,5 л, взятой из холодильника 

Анализ результатов:

1. при использовании бутылки  с замороженной водой температура внутри холодильника изменилась на 5 градусов;
2. пакет с охлажденным спиртом изменил температуру на 6 градусов;
3. элемент  Пельтье позволяет поддерживать заданную температуру во время всего испытания.

Заключение

Мы изготовили модель холодильника. Получили следующие результаты:

1. Холодильник получился легким,
2. хорошо сохраняющим температуру продуктов,
3. элементы Пельтье позволяют холодильнику работать от аккумулятора,
4. если такой возможности нет, можно использовать бутылку с замороженной водой, или пакет с охлажденным спиртом,
5. прибор оказался мобильным,
6. в дальнейшем можно изготовить ручки для переноски, пользоваться прибором станет еще удобнее.

Но также были выявлены недостатки конструкции:

• крышка не плотно прилегает к корпусу холодильника и потери холода очевидны,
•  нужно поработать над усовершенствованием конструкции.

 В остальном модель холодильника удовлетворительно справилась с поставленной задачей. В наших дальнейших планах изготовление холодильника размером побольше, который мы могли бы брать с собой в походы.

Источники информации

Научно популярные издания

1. http://www.nkj.ru/archive, Как сохранить прохладу, Наука и жизнь, №7, 2008,
2.   http://www.nkj.ru/archive/articles/14364,  Бюро научно-технической информации, Наука и жизнь, №12, 2001, http://www.nkj.ru/archive/articles/7529, Бюро научно-технической информации, Наука и жизнь, №3, 1999
3. http://www.nkj.ru/archive/articles/8804 
4.  http://www.nkj.ru/archive/articles/14364,

учебники и учебные пособия:

5. Физика 8, Перышкин А.В.

Интернет (сайт):

6. http://www.sense-life.com/hands/sumka_holodilnik.php,
7. http://hw4.ru/h-isothermal-container,
8.  http://radiopolyus.ru/spravka/274-element-pelte-xarakteristiki-opisanie-primenenie.html,
9.  http://fb.ru/article/192230/pelte-element-svoimi-rukami-kak-sdelat,
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Холодильник 
11. http://www.edimdoma.ru/club/posts/1304-istoriya-hraneniya-produktov-ot-drevnosti-do-nashih-dney
12. http://www.webmechta.com/advise/2230-kakie-byvayut-kholodilniki