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，又稱磁卡效應(MagoCalicEffect)的制冷方式.二、原理：二、原理：磁熱效應磁熱效應是指融制冷工質(zhì)在等溫磁化時向外界放出熱量，而絕熱去磁時溫度降低，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外磁場時

2、是雜亂無章的，加外磁場后，原子的磁矩沿外磁場取向排列，使磁矩有序化，從而減少材料的磁惰，因而會向外放出熱量；而一旦去掉外磁場，材料系統(tǒng)的磁有序減小，磁惰增大，因而會從外界吸收熱量。磁惰是溫度和磁場的函數(shù)，如果把這樣兩個絕熱去磁引起的吸熱過程和絕熱磁化引起的放熱過程用一個循環(huán)連接起來，通過外加磁場，有意識地控制磁惰，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固體的晶格振動和傳導電子傳導電子的熱運動可以忽略，的熱運動可以忽略，故磁離子系統(tǒng)的磁熵變近似等于整個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。它由四個過程組成：1－2為等溫磁化（排放熱量）：熱開關(guān)TS1閉合，TS2

4、斷開，磁場施加于磁工質(zhì)上使熵減小，通過高溫熱源與磁工質(zhì)的熱端連接，熱量從磁工質(zhì)傳入高溫熱源。效應也大大減弱效應也大大減弱。所以，進入高溫區(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。故這時應采用艾里克森循環(huán)（Ericsson），如圖中12341所示。它由四個過程組成：1－2為等溫磁化；2－3為等磁場過程（溫度降低）；3－4為等溫退磁

5、（吸熱制冷）；4－1為等磁場過程（溫度上升）。圖3布朗的高溫磁制冷實驗布朗用7T的磁場和金屬釓，按上述循環(huán)成功地從室溫制取到－30℃的低溫。布朗的實驗裝置如圖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。利用磁場變化配合蓄冷筒上下運動實現(xiàn)循環(huán)。圖3中示出了一個周期的變化過程。經(jīng)過多次反復，筒體上部達到323K；下部達到243K。目前，力圖使高溫磁制冷實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)）。它應具有