磁制冷

1、磁制冷磁制冷一、定義：一、定義：磁制冷就是利用磁熱效應(yīng)，又稱磁卡效應(yīng)(MagoCalicEffect)的制冷方式.二、原理：二、原理：磁熱效應(yīng)磁熱效應(yīng)是指融制冷工質(zhì)在等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，而絕熱去磁時(shí)溫度降低，從外界吸收熱量的現(xiàn)象。磁制冷技術(shù)中的制冷工質(zhì)是固態(tài)的固態(tài)的磁性材料磁性材料.我們知道，物質(zhì)由原子構(gòu)成，原子由電子和原子核構(gòu)成，電子有自旋磁矩還有軌道磁矩，這使得有些物質(zhì)的原子或離子帶有磁矩。磁性材料的離子或原子磁矩在無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)

2、是雜亂無(wú)章的，加外磁場(chǎng)后，原子的磁矩沿外磁場(chǎng)取向排列，使磁矩有序化，從而減少材料的磁惰，因而會(huì)向外放出熱量；而一旦去掉外磁場(chǎng)，材料系統(tǒng)的磁有序減小，磁惰增大，因而會(huì)從外界吸收熱量。磁惰是溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)，如果把這樣兩個(gè)絕熱去磁引起的吸熱過(guò)程和絕熱磁化引起的放熱過(guò)程用一個(gè)循環(huán)連接起來(lái)，通過(guò)外加磁場(chǎng)，有意識(shí)地控制磁惰，就可使得磁性材料不斷地從一端吸熱而在另一端放熱，從而達(dá)到制冷的目的。磁制冷原理示意圖三、兩種環(huán)境下的磁制冷三、兩種環(huán)境下的磁

3、制冷1、低溫磁制冷、低溫磁制冷在16K16K以下的極低溫區(qū)，由于以下的極低溫區(qū)，由于固體的晶格振動(dòng)固體的晶格振動(dòng)和傳導(dǎo)電子傳導(dǎo)電子的熱運(yùn)動(dòng)可以忽略，的熱運(yùn)動(dòng)可以忽略，故磁離子系統(tǒng)的磁熵變近似等于整個(gè)固體的總熵變這種情況下，磁制冷采用卡故磁離子系統(tǒng)的磁熵變近似等于整個(gè)固體的總熵變這種情況下，磁制冷采用卡諾循環(huán)諾循環(huán)，磁材料用稀土順磁鹽。磁制冷卡諾循環(huán)如圖1和圖2所示。它由四個(gè)過(guò)程組成：1－2為等溫磁化（排放熱量）：熱開關(guān)TS1閉合，TS2

4、斷開，磁場(chǎng)施加于磁工質(zhì)上使熵減小，通過(guò)高溫?zé)嵩磁c磁工質(zhì)的熱端連接，熱量從磁工質(zhì)傳入高溫?zé)嵩础Ｐ?yīng)也大大減弱效應(yīng)也大大減弱。所以，進(jìn)入高溫區(qū)制冷，低溫磁制冷所采用的材料和循環(huán)適用。圖2高溫磁制冷循環(huán)的圖2示出金屬釓（Gd）在(200~300)K條件下的圖。如圖若按卡諾循環(huán)制冷，則溫降很小。故這時(shí)應(yīng)采用艾里克森循環(huán)（Ericsson），如圖中12341所示。它由四個(gè)過(guò)程組成：1－2為等溫磁化；2－3為等磁場(chǎng)過(guò)程（溫度降低）；3－4為等溫退磁

5、（吸熱制冷）；4－1為等磁場(chǎng)過(guò)程（溫度上升）。圖3布朗的高溫磁制冷實(shí)驗(yàn)布朗用7T的磁場(chǎng)和金屬釓，按上述循環(huán)成功地從室溫制取到－30℃的低溫。布朗的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。將金屬釓板（磁材料）浸在蓄冷筒的蓄冷液體（水乙二醇溶液）中。利用磁場(chǎng)變化配合蓄冷筒上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)。圖3中示出了一個(gè)周期的變化過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)，筒體上部達(dá)到323K；下部達(dá)到243K。目前，力圖使高溫磁制冷實(shí)用公的研究包括以下主要方面：①尋找合適的磁材料（工質(zhì)）。它應(yīng)具有