Physik des Alltags: Wie kommt die Kälte in den Kühlschrank?

Es ist uns viel zu wenig bewusst, wie bequem so ein Kühlschrank ist. Bis etwa 1950 gab man riesige Eisblöcke in Holzkästen, um darin Nahrungsmittel zu kühlen. Wasser lacken am Boden waren garantiert, und das Nachladen der schweren Blöcke war mühsam. Obwohl das weit über ein halbes Jahrhundert her ist, spricht man trotzdem noch heute von Eiskasten und Kühlschrank. Aber wie funktionieren diese Dinger eigentlich?

Video: Physik des Alltags – So funktioniert ein Kühlschrank

Zuerst einmal das Grundlegende: Sich selbst überlassen, fließt Wärme immer von Orten mit höherer Temperatur zu Orten mit niedrigerer Temperatur, bis alles gleich warm ist (1a). Mithilfe von elektrischer Energie ist aber ein Eiskasten in der Lage, diesen normalen Verlauf umzukehren (1b). An der Abbildung kann man sehen: Kälte lässt sich nicht einfach so erzeugen, aber man kann Wärme und Kälte voneinander trennen. Das erklärt auch, warum ein Kühlschrank hinten immer warm wird. Das ist quasi der faustische Pakt, den wir für die Kälte im Inneren eingehen müssen.

Die Trennung der Temperaturen

Wir können deshalb auch ein Zimmer nicht kühlen, indem wir einen Eiskasten reinstellen und die Tür aufmachen. Die Kälte, die vorn rauskommt, wird durch die Wärmeabstrahlung hinten sofort egalisiert. Wie aber wird die Kühlung im Kühlschrank technisch umgesetzt?

In einem Röhrensystem zirkuliert ein Kühlmittel. Es gibt verschiedene Substanzen, die dafür geeignet sind, die alle eine Gemeinsamkeit haben: Ihr Siedepunkt liegt weit unter dem Gefrierpunkt. Das Kühlmittel Tetrafluorethan zum Beispiel siedet bereits bei minus 26,1 Grad Celsius. Es ist also ständig am Köcheln. Wenn eine Flüssigkeit verdampft, dann kühlt sie dabei die Umgebung ab. Das kennt man ja vom Schweiß. Das im Röhrensystem verdampfende Kühlmittel (2a) kühlt das Innere des Eiskastens ab. Mit einem Kompressor (2b) wird das Gas zusammengedrückt und dadurch wieder verflüssigt. Dabei entsteht Wärme, die auf der Rückseite des Kühlschranks abgegeben wird (2c). Eine Klimaanlage funktioniert nach demselben Prinzip: Eine Seite wird kalt, die andere warm. Damit man die Wärme loswird, muss der warme Teil der Klimaanlage nach außen zeigen. Salopp gesagt ist eine Klimaanlage ein Eiskasten, bei dem die Hinterseite im Freien hängt.