| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Magnetická chladnička
Marek Jasanský
Některé směsi obsahující přechodné prvky mohou být využity jako chladicí látka. Podmínkou je, aby na tuto látku působilo magnetické pole. Jak by chladnička zkonstruovaná na tomto principu fungovala?
Mějme látku s doménovou magnetickou strukturou (feromagnetickou látku). Pokud na látku nepůsobí magnetické pole, domény jsou upořádány nahodile. Jestliže však látku vložíme do magnetického pole, domény se uspořádají souhlasně s tímto polem a klesne tak neuspořádanost magnetrických momentů látky. Druhá věta termodynamická však říká, že v makroskopickém uzavřeném systému (tyto podmínky splnit můžeme: použijeme relatině velké množství látky a izolujeme ji od ostatního prostředí např. Dewarovou nádobou) entropie neklesá. Proto začnou částice, uspořádané magnetickým polem, konat tepelný pohyb a látka se zahřívá na teplotu vyšší než je teplota okolí. V magnetické chladničce pak látku ochladíme například vodou nebo vzduchem na teplotu okolí. Když na naši látku poté přestane působit magnetické pole, její teplota klesne pod teplotu okolí, neboť její vnitřní energie bude menší o takové množství tepla, které jsme odebrali ochlazováním vodou nebo vzduchem.
Schéma chladničky zkonstruované v Ames Laboratory. Chladicí látka je
umístěna na prstenci rotujícím mezi magnetickým polem a chladičem.
Výhodou takovéto chladničky je téměř 60-ti procentní účinnost (účinnost kompresorových chladniček je zhruba 40 %) a to, že nevyužívá látky zatěžující životní prostředí.
Vývojem magnetické chladničky se dnes zabývá zejména Ames Laboratory v USA a skupina vědců na Walls Zeemanově Institutu university v Amsterodamu. V Ames Laboratory jako chladící látku používají směsi gadolinia, v Amsterodamu směsi manganu.
Přechodné prvky (tedy i gadolinium) mají velkou hodnotu magnetického momentu, což je pro magnetickou chladničku výhodné. Ve slabém magnetickém poli se však entropie těchto látek výrazně změní až při velmi nízkých teplotách. Při pokojové teplotě by mohly pracovat pouze při použití nákladných a na údržbu náročných supramagnetů. Nicméně Vitalij Percharsky z Ames Laboratory říká, že vlastnosti gadolinia lze zlepšit přidáním nečistot a že chladničky využívající gadolinium a pracující za běžných podmínek se už brzy dočkáme.
Mangan, jehož směsi používají Ekkes Brück a jeho kolegové na amsterodamské univerzitě, má oproti přechodným prvků zhruba poloviční magnetický moment, jeho Curieova teplota je však 300 K, takže může být použit i za běžných, byť nikterak vysokých teplot.
Magnetická chladnička zkonstruovaná v Ames
Laboratory podle schématu na prvním obrázku.
Odkazy
