Wie funktioniert ein Kühlschrank?

Kurz erklärt für den Physiktest – mit Diagramm, Merksätzen und typischen Prüfungsfragen.

Die Grundidee in einem Satz: Ein Kühlschrank erzeugt keine Kälte – er pumpt Wärme von innen nach außen. Dafür nutzt er eine Flüssigkeit (das Kältemittel), die innen verdampft (nimmt Wärme auf) und außen wieder flüssig wird (gibt Wärme ab).

Das Diagramm: der Kältemittel-Kreislauf

Blau = niedriger Druck (kalt), Rot = hoher Druck (warm/heiß). Das Kältemittel läuft im Uhrzeigersinn: ① → ② → ③ → ④ → ①. Orange Pfeile zeigen, wohin die Wärme fließt.

Die 4 Stationen Schritt für Schritt

Verdampfer (innen): Das flüssige, sehr kalte Kältemittel verdampft. Zum Verdampfen braucht es Energie – die holt es sich als Wärme aus dem Innenraum. Dadurch wird es innen kalt.
Kompressor (unten hinten, der „Brummer“): Er saugt das Gas an und presst es zusammen. Dabei steigen Druck und Temperatur stark an – das Gas wird heißer als die Küche. Hierfür wird Strom gebraucht.
Verflüssiger / Kondensator (Gitter hinten): Weil das Gas jetzt heißer ist als die Raumluft, gibt es Wärme an die Küche ab und wird dabei wieder flüssig (kondensiert). Deshalb ist die Rückseite warm.
Drossel / Expansionsventil (dünnes Röhrchen): Die Flüssigkeit wird durch eine Engstelle gedrückt. Der Druck fällt plötzlich – und damit auch die Temperatur. Das Kältemittel ist wieder sehr kalt und der Kreislauf beginnt von vorn.

Die Physik dahinter

Prinzip	Was das beim Kühlschrank bedeutet
Verdampfen braucht Wärme (Verdampfungswärme)	Wie Schweiß auf der Haut: Wenn etwas verdampft, kühlt es seine Umgebung. Beim Kondensieren wird dieselbe Wärme wieder frei.
Siedetemperatur hängt vom Druck ab	Niedriger Druck → siedet schon bei z. B. −25 °C (innen). Hoher Druck → kondensiert schon bei z. B. +40 °C (außen).
2. Hauptsatz der Thermodynamik	Wärme fließt von selbst nur von warm nach kalt. Um sie von kalt (innen) nach warm (außen) zu „pumpen“, muss man Arbeit reinstecken → Kompressor + Strom.
Energieerhaltung (1. Hauptsatz)	Was hinten rauskommt, ist die Wärme von innen plus die Arbeit des Kompressors.

Q₂ = Q₁ + W

Q₁ = Wärme, die innen aufgenommen wird · W = elektrische Arbeit des Kompressors · Q₂ = Wärme, die hinten abgegeben wird.

Leistungszahl (wie „effizient“ der Kühlschrank ist):

ε = Q₁ / W

Typisch ist ε ≈ 2 bis 4: Für 1 J Strom werden 2–4 J Wärme aus dem Innenraum gepumpt. (Ein Kühlschrank ist eine Wärmepumpe – nur dass man hier die kalte Seite nutzt.)

Merksatz: Innen verdampfen – Wärme aufnehmen. Außen verflüssigen – Wärme abgeben. Der Kompressor macht's möglich, indem er den Druck erhöht.

Typische Prüfungsfragen

Warum ist die Rückseite des Kühlschranks warm?

Dort sitzt der Verflüssiger. Das Kältemittel gibt hier die Wärme aus dem Innenraum und die Energie des Kompressors an die Küche ab (Q₂ = Q₁ + W).

Kann man mit offenem Kühlschrank die Küche kühlen?

Nein – die Küche wird sogar wärmer. Die Wärme wird nur im Kreis von vorne nach hinten gepumpt, zusätzlich kommt die Arbeit W des Kompressors als Wärme dazu.

Wozu braucht man den Kompressor?

Er erhöht den Druck, sodass das Gas heißer als die Raumluft wird und seine Wärme außen abgeben kann. Ohne ihn würde Wärme nicht von kalt nach warm fließen (2. Hauptsatz).

Warum wird das Kältemittel an der Drossel kalt?

Der Druck sinkt schlagartig. Bei niedrigem Druck ist die Siedetemperatur sehr niedrig, ein Teil verdampft sofort und entzieht dem Rest Wärme – das Kältemittel kühlt stark ab.

Was ist der Unterschied zwischen Verdampfer und Verflüssiger?

Verdampfer (innen): flüssig → gasförmig, nimmt Wärme auf. Verflüssiger (außen): gasförmig → flüssig, gibt Wärme ab.