Охлаждением называют процесс понижения температуры охлаждаемого тела. Всякое нагретое тело можно охладить естественным путем до температуры окружающей его среды. Охладить тело до температуры ниже, чем температура окружающей среды, можно только искусственным путем. Отнять теплоту от тела может только другое тело, температура которого ниже температуры охлаждаемого. В качестве охладителей используют рабочие тела, совершающие такие физические процессы, которые протекают при низких температурах со значительным поглощением теплоты. К ним относятся процессы изменения агрегатного состояния тела, процессы расширения газа, дросселирование, термоэлектрические процессы и др.

Процессы изменения агрегатного состояния протекают без изменения температуры тела, так как поглощаемая (или выделяемая) телом теплота в этих процессах расходуется на преодоление (или увеличение) сил сцепления между молекулами. Для охлаждения используют процессы изменения агрегатного состояния, протекающие с поглощением теплоты: плавление - переход твердых тел в жидкое состояние; сублимации - переход твердых тел непосредственно в парообразное состояние; кипение - переход жидких тел в парообразное состояние.

При расширении сжатого газа и совершении им внешней работы за счет внутренней энергии температура газа понижается.

Под процессом дросселирования понимают непрерывный переход газа или жидкости от более высокого давления к низкому без совершения внешней полезной работы и без теплообмена с окружающей средой. Дросселирование протекающего газа или жидкости возникает в том случае, когда поток внезапно сужается вследствие изменения сечения диафрагмой или вентилем, а затем получает возможность двигаться в большем сечении. В суженном сечении скорость потока возрастает, что одновременно вызывает понижение температуры и, следовательно, уменьшение его внутренней энергии.

Сущность термоэлектрического охлаждения заключается в том, что при прохождении электрического тока через цепь, составленную из разнородных проводников, в местах контактов (спаев) в зависимости от направления тока выделяется или поглощается некоторое количество теплоты.

Основными физическими параметрами рабочих тел (холодильных агентов) холодильных машин являются температура, давление и удельный объем, называемые параметрами состояния.

Под внутренней энергией вещества понимают сумму кинетической энергии движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия, а также энергии колебания атомов внутри молекул. При определении состояния тела величина внутренней энергии строго определена, поэтому ее также относят к параметрам состояния тела.

Внутренняя энергия любого реального вещества зависит от его температуры и давления: при повышении она растет, а при понижении - уменьшается.

Если привести в соприкосновение два тела, то молекулы этих тел, сталкиваясь между собой, передают друг другу энергию. При этом энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому, т. е. от тела, имеющего большую среднюю кинетическую энергию молекул, к телу с меньшей кинетической энергией молекул. Тело, которое отдает энергию, охлаждается, а тело, которое ее получает, нагревается. Меру изменения внутренней энергии, перешедшей от одного тела к другому в результате энергетического взаимодействия молекул без видимого движения самих тел, называют количеством теплоты. Внутренняя энергия тела может изменяться также в процессе его расширения с преодолением сопротивления внешних сил и в процессе сжатия, под воздействием внешних сил. При расширении сжатого тела и совершении им внешней работы за счет внутренней энергии температура тела понижается, а при сжатии повышается.

Работа, произведенная в единицу времени, называется мощностью. Единицей мощности служит ватт (Вт). В связи с тем, что теплота и работа - различные формы одного и того же процесса передачи энергии, для их измерения в Международной системе единиц (СИ) используется одна и та же единица - джоуль (Дж). В технических измерениях временно применяются внесистемные единицы теплоты и внутренней энергии - калория (кал) и килокалория (ккал).

При тепловых процессах невозможно возникновение или уничтожение энергии. Иными словами, энергия, исчезающая в форме теплоты, преобразуется в работу в строго эквивалентных количествах. Этот закон позволяет установить связь между изменением внутренней энергии тела и энергией, подведенной к нему или отнятой от него в каком-либо процессе, в форме теплоты или работы.

Для удобства расчетов сумму внутренней энергии газа и произведение давления на удельный объем Pv принято рассматривать как особую характеристику состояния этого газа. Эту сумму обозначают буквой i и называют энтальпией (теплосодержанием).

Процессы в холодильных машинах являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких процессов, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего тела: температуры, давления, удельного объема, энтальпии.

Процесс, в котором к рабочему телу подводится или от него отводится теплота без изменения его температуры, называется изотермическим. Процесс, совершаемый только за счет внутренней энергии тела без подвода теплоты извне и без отдачи ее в окружающую среду, называется адиабатным. Процессы, протекающие при постоянном объеме или постоянном давлении, носят название изохорного и изобарного.

Температура определяет возможность и направленность протекания холодильного процесса. В связи с этим для характеристики теплового процесса рабочего тела в термодинамике пользуются специальной функцией, называемой энтропией и обозначаемой буквой S. Изменение энтропии при переходе рабочего тела из одного состояния в другое, близкое к нему, численно равно отношению количества подведенной теплоты к абсолютной температуре тела.