La manera más fácil de conservar los alimentos y permitir que duren más tiempo consiste en reducir la temperatura a la que se conservan. Así, se consigue que los microorganismos responsables de su descomposición no proliferen en número, por lo que serán aptos para el consumo durante más tiempo. Los frigoríficos y congeladores aparecen como electrodomésticos indispensables con este fin. La termodinámica es la rama de la física que explica su funcionamiento esencial. En el experimento virtual que se presenta a continuación, se pretende explicar cómo enfría un congelador los alimentos que se introducen en su interior y cuánto tiempo emplea en ello.
El applet muestra un congelador que permite dos modos de operación:
El congelador se encuentra a una temperatura dada, pero sus paredes intercambian calor con el exterior. Para evitar que la temperatura del interior aumente, el motor del congelador se pone en marcha periódicamente, cada vez que entra una cantidad dada de energía del exterior.
Se introducen cantidades diferentes de alimentos y materiales en el interior del congelador. En el momento en el que se introducen, el congelador se pone en marcha instantáneamente para extraer calor de los mismos y hacer que descienda su temperatura.
Para poder abordar el problema de la forma más sencilla, y a la vez realista posible, se supone un modelo con algunas aproximaciones. Así, se supone que el congelador funciona siguiendo un ciclo ideal de Carnot y que, para cada uno de los modos:
Modo 1: se pone en funcionamiento al entrar a través de las paredes 10000 J y la tasa de entrada de calor es constante en el tiempo.
Modo 2: se supone despreciable el calor que entra a través de las paredes respecto al que aporta el alimento introducido y se desprecia también el calor que entra al abrir la puerta del congelador. Se supone que la temperatura de congelación de los alimentos introducidos es 0 grados centígrados. Además, se considera que el refrigerador es lo suficientemente grande para que no haya cambio en la temperatura interna al introducir los alimentos.
La caracterización de la situación física viene dada en función de una serie de parámetros de entrada:
Los datos de salida correspondientes a los datos de entrada anteriores son:
Se sugieren algunos parámetros de entrada para la simulación con objeto de poder visualizar un ejemplo de cada caso:
¿Qué diferencia se observa cuando se introduce un alimento y cuando se introduce un lingote de oro?
¿Cuál es la diferencia entre introducir un pescado o una botella de leche?