V tomto článku se podívám na zoubek zařízením, ve kterých hledáváme něco dobrého na zub, tedy chladničkám.

Čím teplotu zkoumat

Pro některé z následujících experimentů je potřeba opakovaně a po delší dobu zaznamenávat teplotu, někdy navíc na nepřístupných místech (zavřená chladnička či mrazák). To s klasickým lihovým nebo digitálním teploměrem lze provádět dosti těžko, budu proto používat datalogger Vernier LabQuest. Využiji také toho, že k LabQuestu lze připojit současně více senzorů najednou.

V době měření jsem měl k dispozci tyto teplotní senzory:

1. povrchové teplotní čidlo, jehož tepelná kapacita je relativně malá, proto reaguje rychle na změny teploty – navíc měřicí část má velmi malý objem (jako kapička), takže dokáže měřit teplotu ve zcela konkrétním místě,
2. nerezové teplotní čidlo, které je robustní a jen tak něco ho nezničí, ale zase díky masivnějšímu provedení reaguje pomaleji.

Tip: Pokud nemůžete či nechcete investovat do multifunkčního dataloggeru nebo se bojíte půjčit dětem toto zařízení domů, můžete jako alternativu využít například USB čidlo teploty Go!Temp, které lze připojit i k notebooku. Pro konstrukčně a elektrotechnicky zdatnější studenty by mohlo být zajímavé navrhnout, postavit a nakalibrovat vlastní jednoduchý teploměr schopný zaznamenávat opakovaně a dlouhodobě teplotu.

Teplý vzduch stoupá vzhůru

Teplý vzduch stoupá vzhůru, zatímco chladný klesá dolů. Názorně to lze předvést mnoha způsoby, já jsem použil ubrousek a elektrickou troubu. Na videu je zachycen pohyb ubrousku po otevření vyhřáté trouby. Kdybych ubrousek nezatížil hrníčkem, horký vzduch mající teplotu přes 100 °C by ubrousek při svém stoupání vzhůru odfouknul pryč.

(klikněte na obrázek pro přehrání videa)

Co mají společného chladnička a sauna?

Když chladnější vzduch klesá dolů a teplý stoupá vzhůru, měla by být také v chladničce dole nižší teplota než nahoře. Ostatně známe to i ze sauny – tam je také nejchladněji dole a nejvíc se pečeme na horních sedadlech. Je ale rozdíl teplot v chladničce významný, nebo aspoň měřitelný? To lze snadno prozkoumat.

Teplotní hladiny v chladničce

K LabQuestu jsem připojil obě teplotní čidla, která jsem měl k dispozici. Mohutnější nahoře je nerezové teplotní čidlo, pod ním je povrchové teplotní čidlo.

Abych vyloučil možné chyby způsobené použitím odlišných teplotních čidel, měřil jsem nejprve s povrchovým čidlem dole a nerezovým nahoře, poté jsem čidla prohodil – dal jsem také pozor, aby senzory byly ve vzduchu a ničeho dalšího se nedotýkaly. V obou případech jsem několik minut počkal, než se teplota nerezového čidla ustálila (má větší setrvačnost díky větší tepelné kapacitě způsobené robustním provedením). Vertikální vzdálenost čidel v chladničce byla zhruba 45 cm.

Obě měření shodně ukázala, že teplota v horní části chladicího boxu byla okolo 9 °C, teplota v dolní části boxu (o 45 cm níže) byla zhruba 4 °C. Rozdíl tedy činil 5 °C, což významné jistě je. Měli bychom s tím počítat při ukládání potravin – do spodních částí dávat potraviny vyžadující skladování při nižších teplotách, ve vyšších patrech uchovávat potraviny méně náročné.

Co je lepší – chladnička s bočním otevíráním, nebo s otevíráním nahoru?

Na základě výše uvedených experimentů můžeme usoudit, že výhodnější je chladnička otevřená nahoru, protože v ní se drží chladný vzduch dole a nikam neuteče. Takové zařízení je tedy energeticky méně náročné. Naproti tomu z chladičky s bočním otevíráním chladný vzduch utíká, kdykoliv si z ní něco bereme. Boční chladničky musejí proto vynakládat na chlazení více energie, což stojí více peněz za elektřinu. Chladnička se také častějším zapínámím motoru nejspíše dříve opotřebuje.

Jsou nanuky uchovávány při dostatečně nízké teplotě?

Všimněte si, že mrazicí pulty v obchodech jsou téměř vždy otevřené nahoru. Často ani nemají dvířka. Je v takovém případě vůbec možné, aby v nich byla teplota hluboko pod nulou, když všude okolo je 2 °C? Byl jsem na to zvědavý – proto jsem to v obchodě prozkoumal.

Pro měření jsem vybral povrchové teplotní čidlo kvůli jeho rychlejší reakci. Nechtěl jsem u pultu postávat zas tak dlouho, už takhle jsem si připadal poněkud zvláštně. Kupodivu se nikdo neptal, co to tam provádím. Zjistil jsem, že teplota v místě, kde jsou nanuky uložené, je skutečně nízká, v tomto případě to bylo zhruba -10 °C.

Zavři už tu ledničku!

„Nenechávej tu ledničku tak dlouho otevřenou,“ slýchal jsem často od maminky, když jsem se dlouho přehraboval v ledničce hledaje něco dobrého. Začalo mě tedy zajímat, jak moc teplotu v chladicím boxu ovlivní otevření za účelem vyjmutí nějaké potraviny.

Jak jsem experimentoval:

1. Umístil jsem povrchové teplotní čidlo do střední části chladicího boxu a počkal asi tři minuty, než se teplota ustálila.
2. Na deset sekund jsem otevřel chladničku, abych vyndal jogurt. Jak je vidět z grafu, teplota se zvýšila asi na 12 °C.
3. Po dalších dvou minutách už ale byla zpět na původních 9 °C.
4. Tentokrát jsem chladničku otevřel na dvacet sekund. Teplota díky tomu vzrostla na 17 °C.
5. Přechod na původní teplotu trval podstatně déle – teprve po pěti minutách dosáhla teplota v místě uložení teplotní sondy 9, °C.

Nutno ovšem podotknout, že rychlost změny může být podstatně ovlivněna tím, zda zrovna motor chladničky pracuje. V tomto případě motor nepracoval a na ochlazování se podílely studené potraviny – teplota potravin se postupně vyrovnávala s teplotou vzduchu v boxu. Měrná tepelná kapacita vzduchu je mnohem menší než měrná tepelná kapacita vody, z níž se z velké části potraviny skládají. Proto se potraviny při vyrovnávání teplot ohřívaly jen málo, zatímco vzduch se ochlazoval výrazněji.

Co dělá chladnička v noci?

Chladnička pilně chladí i tehdy, když my spíme. Motor ale není zapnutý pořád. Určitě už jste si všimli toho, že se chladnička čas od času na chvíli zapne, motor bzučí, pak se zase vypne a je v klidu. A po čase znovu.

Teplota v chladicím boxu není vůbec konstantní – výrazným způsobem kolísá. Pomocí Vernier LabQuestu jsem sledoval teplotu více než 8 hodin během noci. Po celou dobu zůstala chladnička zavřená, teplota ale přesto kolísala zhruba mezi 0 °C a 9 °C s periodou (121 ± 1) min.

Podobně teplota v mrazničce kolísala v rozmezí zhruba 10 °C s periodou (150 ± 10) min. V grafu je vidět mírně stoupající trend teploty. Vysvětluji si to nedokonalým uzavřením dvířek z důvodu vyvedení kablíků teplotního čidla.

Autorem článku je Pavel Böhm.