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磁制冷机的结构

   2021-03-09 和平244
核心提示:磁制冷机是利用磁热效应的制冷方式。固体磁性物质(磁性离子构成的系统)在受磁场作用磁化时,系统的磁有序度加强(磁熵减小),对外放出热量;再将其绝热去磁,则磁有序度下降(磁熵增大),又要从外界吸收热量。
 磁制冷机是利用磁热效应的制冷方式。固体磁性物质(磁性离子构成的系统)在受磁场作用磁化时,系统的磁有序度加强(磁熵减小),对外放出热量;再将其绝热去磁,则磁有序度下降(磁熵增大),又要从外界吸收热量。

早在1907年Langevin就首先发现了顺磁体绝热去磁过程中,其温度会降低。1927年,Debye和Giauque预言了可以利用此效应制冷,并于1933年实现了绝热去磁制冷。从此,在极低温领域(mK级至16K范围)磁制冷发挥了很大作用。图32-15是实现绝热去磁过程的装置示意图。顺磁盐悬挂在小腔内,腔内充满氦气,然后侵入液氦中。液氦减压蒸发,氦的温度和顺磁盐的温度降低。整个装置置于磁体中,磁场维持一段时间后,抽空氦气使顺磁盐绝热。然后移走磁场,顺磁盐的温度下降。图32-16是磁制冷机的结构示意图及其理想卡诺循环图。它由四个过程组成:1-2为等温磁化(排放热量);2-3为绝热退磁(温度降低);3-4为等温退磁(吸收热量制冷);4-1为绝热磁化(温度升高)。

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绝热去磁过程只有在极低温(16K以下)下才能实现,这是由于固体的晶格振动和传导电子的热运动,可以忽略,故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变的情况下,磁制冷采用卡诺循环,磁材料用稀土顺磁盐。现在低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低温磁制冷冰箱,为各种科学研究创造极低温条件。例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和数处理系统中,磁制冷还用在氦液化制冷机上。

 
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